大型原水管道水锤防护计算分析

齐利华

【摘要】珠海洪湾原水系统规模为80万m3/d，主要对珠海主城区和澳门输送原水。原水系统采用2-DN2000钢制管道，全长4.6km，并在沿线布置了11座缓闭式止回阀；为保障原水管道安全，采用HAMMER软件计算分析管道水锤，运行工况为泵站突然断电，考察系统最大反向流量和水泵最大反转速。计算结果显示，当泵站断电，停泵后系统的水锤压力不明显，整个管线多处存在负压，但最大负压为-1.53mH2O，不会危害管线的运行安全；最大反转速没有超过额定转速的1.2倍，可考虑在水泵出口可设置普通缓闭式止回阀，管道水锤防护在安全范围内。

【关键词】大型输水管道 水锤计算 HAMMER软件

1、项目概况

洪湾港片区位于珠海市南湾城区的西南部，紧邻洪湾商贸物流中心及、保税区，与横琴新区隔马骝洲水道相望，是珠海近年来重点开发建设区域。

珠海洪湾原水系统规模为80万m3/d，主要对珠海主城区和澳门输送原水，现状以河道形式输送。随着洪湾片区的开发建设，为保障珠海、澳门两地原水输送安全，对原水系统进行改造，改造后原水采用管道形式输送。

本工程管道规模为2-DN2000，全长4.6km，沿线敷设了11座缓闭式排气阀，为保障原水供应安全，对该段大型输水管道进行水锤防护计算。

水锤计算分析是采用HAMMER软件完成的。HAMMER软件使用特征线法，可动态模拟管道全部瞬变流现象，并可模拟多种的水锤保护设备和运行设备的影响。该软件已在辽西北长距离引水工程、南水北调、引黄工程等国内工程中得到应用。

2、需要计算运行工况

水锤按外部成因，可分为启动水锤、关阀水锤和停泵水锤三种，停泵水锤是由于水泵机组突然断电而造成开阀停车时，泵站及管路系统中所发生的水锤现象。事故停泵工况引起的水力过渡过程通常是严重的。根据调查统计，在城市供水及工业企业的给水泵站中，大部分水锤事故都属于停泵水锤。因此本次重点讨论停泵水锤。

远期规模80万m3/d，单根管道过流能力为40m3/d，上游泵站断电无防护措施，出口阀门拒动工况，考察系统最大反向流量和水泵最大反转速。

3、系统参数确定

（1）输水管线采用DN2000的钢管，壁厚18mm；顶管管道壁厚20mm。

（2）管道水锤波速取值：经水锤计算软件HAMMER提供的波速计算工具估算得到，采用DN2000钢管，壁厚18mm，弹性模量207，000MPa，计算波速为1，029.46 m/s；顶管管道壁厚20mm，计算波速为1，057.13 m/s。

（3）水泵和电机的转动惯量的估算。经水锤计算软件HAMMER提供的水泵转动惯量计算工具估算得到。本工程所选用的离心泵的Q=8340m?/h，H=18.0，电机功率取550KW，转速1480rpm，水泵及电机的转动惯量总和为32.382 kg.m2。

（4）管道阻力系数取值：钢管n=0.012，管道局部阻力取沿程阻力的30%，折算成海曾威廉系数C=90。

（5）水中不含空气气泡，不含泥沙。

（6）有压系统的水流为一元流，管壁和水体是线弹性的，即应力与应变成比例。

4、水锤计算分析

远期规模80万m3/d，单根管道过流能力为40m3/d，广昌泵站断电无防护措施，出口阀门拒动工况，考察系统最大反向流量和水泵最大反转速。

该工况主要考察水泵的最大反向流量和反转速，以及管线产生的极限水锤壓力。

如果无防水锤措施，水泵出口阀门拒动，停泵后系统的水锤压力不明显，整个管线多处存在负压，但最大负压为-1.53mH2O，不会危害管线的运行安全。反向流量不大，水泵在没有任何阀门的情况下最大反转速没有超过额定转速的1.2倍。因此，考虑在水泵出口可设置普通缓闭式止回阀。

5、结论

（1）由于水锤计算是一个十分复杂的过程，涉及的参数很多，各水力组件的边界条件的设定对计算结果均有较大的影响。

（2）在泵站出水压力管起端设置微阻液动缓闭止回阀，可有效防护水泵断电水锤。

参考文献：

[1] 张文胜，孙巍.长距离输水管道工程设计中的水锤分析及应对策略[J].城镇供水，2015，NO.3。

[2] 金锥，姜乃昌，汪兴华编著.停泵水锤及其防护[M].北京：中国建筑工业出版社，2004。