重力输水管道富余压力对水锤升压的影响

汪建平　杜燕子

摘 要 长距离重力流管道输水是利用两地的地势高差，局部管道中压力富余不可避免。富余压力不仅会造成关阀水锤，而且会加剧断流型水锤升压，其破坏力极强。本文结合某县重力输水工程实例，分析富余压力对水锤升压的影响，采取相应消能措施，给出最优的水锤防护方案。

关键词 重力输水管道 水锤

中图分类号：TU991.39 文献标识码：A

1工程实例

1.1工程概况

某县城重力输水，供水量为360m3/h，供水管长约6.11km；0至2721.3采用DN400的PE管，承压值为1.6MP，2721.3至3054.8采用DN400的PE管，承压值为2.0MP，其余管道采用DN400的球墨铸铁管，承压值为2.4MP。

其中，起端水池出流水头为2m，沿线设有恒速缓冲排气阀，末端阀门采用匀速关闭的方式，保证出流水头10m。

1.2水锤计算

本工程在计算中选用的水锤防护措施为恒速缓冲排气阀和箱式双向调压塔。就不同工况进行非稳定流计算分析，以确定最佳的防护措施。

统一在末端水池处安装活塞阀，关阀方式采用匀速关闭，经计算本工程末端阀总关时间在200～600s之间垘对水锤计算影响不大，为方便比较总关时间定为300s进行分析。

指定桩号处安装恒速缓冲排气阀，桩号2+650.80、6+050.00处分别安装箱式双向调压塔的暂态分析：其具体管道水锤升压计算分析见图1。

结论：从图1可以看到，沿线局部管道最大压力值远超出了管道的承压范围，对管道系统运行的安全性构成极大隐患，必须采取进一步的防护措施。

1.2.1原因分析

从上面计算可以看出，加调压塔几乎没有起到水锤降压的效果，主要是由于管路末端富余压力过大，具体分析原因有：

（1）末端阀门关闭造成了关阀水锤。由于地形高差大，末端管路的静水压力较大，当管道输水发生事故时，末端阀门事故关闭，可能会产生升压很大的关阀水锤，在本工程中末端阀门采用匀速关闭的方式，并没有在管路末端造成很大的关阀水锤升压，但由于末端关阀，在管路局部产生了断流型水锤。

（2）断流型水锤产生了很大的水锤升压。由于管道中富余压力过大，在溃灭过程中两股水柱再弥合时将发生猛烈的撞击，产生较大的水锤升压，这使得箱式双向调压塔的防水锤效果降低。

1.2.2 采取措施

为了消除管道中的富余压力，本设计先采用在2+550处设置中间水池的方法，将管线分隔开，作为两段单独计算，为了节省篇幅，将计算结果绘于一张图上。

1.3设中间水池的水锤计算

在2+550处设置中间水池，在水池入口处设有匀速关闭的活塞阀，水池出口压力为2.5mH2O。

指定桩号处安装恒速缓冲排气阀，桩号1+850、3+000处分别安减压恒压阀，桩号2+750处安装箱式双向调压塔的暂态分析。其具体管道水锤升压计算分析见图2。

结论：从图2可以看到，所有管道的压力都降至管道的承压范围之内，该方案防水锤效果非常好，能有效保证管道的安全运行。

1.4最佳防护方案

从以上计算可以看出，末端阀门匀速关闭，关阀时间200s至600s，指定桩号处安装恒速缓冲排气阀，桩号1+850、3+000处分别安装减压恒压阀，桩号2+750处安装箱式双向调压塔，能够保证管道安全有效的运行。

2结论

从该县重力流输水工程的水锤计算分析中可以得到：

（1）重力流输水管道中富余水头造成的危害是非常严重的，因此在类似的重力流输水工程中，应充分利用地形，设置中间水池、减压恒压阀、超压泄压阀、水位控制阀、自消式对冲消能器等减压消能措施来消除富余水头；

（2）长距离重力输水工程应重点防护断流型水锤，建议优先考虑防断流型水锤效果较好的箱式双向调压塔；

（3）几种水锤防护措施的联合使用往往比只使用一种措施来防水锤效果更明显。因此，在水锤计算时应充分考虑多种水锤防护措施的联合使用，并结合管道末端关阀时间，合理地给出各种边界条件，进行准确的水锤计算模拟，给出最优的防护方案。

参考文献

[1] 金锥，姜乃昌，王兴华，等.停泵水锤及其防护（第2版）[M].北京：中国建筑工业出版社，2004.

[2] 朱小双.长距离大高差多级消能重力流输水系统水锤防护研究[D].长安大学，2013.

[3] 王栋.大高差长距离重力输水管道水锤防护技术研究[D].长安大学，2013.