陳文通 上海鐵路局杭州房產建筑段

水錘對給水設備造成危害分析及預防措施

陳文通 上海鐵路局杭州房產建筑段

從計算水錘壓力強度著手，分析引起水錘效應的各個相關因素，并參照現(xiàn)場實際情況，討論如何采取相關措施,以減少水錘對給水設備的影響。

預防；水錘；給水；危害

水錘現(xiàn)象在給水管網運行過程中，易被運行管理單位所忽視，而水錘現(xiàn)象引起的管內水流壓力的急劇變化，將在管道內產生一個沖擊力，當作用在管壁上時，使管網壓力升高，有時甚至達到正常壓力的幾十倍、上百倍，因而對管網具有很大的破壞性，易造成閥門損壞、管道接頭斷開，甚至管道爆裂等嚴重問題，本文將以計算PE管水錘壓力為例著手，討論如何減少水錘對管道的影響。

1 水錘的概念

在給水管道運行過程中，由于發(fā)生突然關閉閥門、水泵停泵等情況時，管道內水流速度發(fā)生急劇的變化，導致管網內水壓發(fā)生大幅度的變化的現(xiàn)象，稱為水錘。

2 水錘的分類

壓力波的相長，相長的計算公式為2×管道長度/水擊波速度。

根據(jù)閥門的關閉時間，可以將水錘分為直接水錘和間接水錘。根據(jù)水柱是否中斷，可以分為正常水錘與非常水錘。

2.1 直接水錘

直接水錘是指閥門的關閉時間小于一個壓力波的相長，間接水錘是指閥門的關閉時間大于一個壓力波的相長。直接水錘的計算如下：

（1）壓力波回流速度計算

式中：

ɑ：壓力波回流的速度（m/s）；

c：管端固定度；

di：管道內徑（m）;

EP：管材的彈性模量，PE管取900 MPa（20℃）；

en：管材的公稱壁厚，（m）；

k：水的體積模量，取2200MPa;

rw：水的重力密度，取10kN/m3;

以PE管材為例，當管道埋入土中時，取c為0.75，PE80級的1.0MPa的管道di/en=19。

將以上參數(shù)代入公式計算得：

（2）水錘壓力計算

式中：

ΔP為水錘壓力；

Δv：管道內水的流速變化值，可取平均流速（m/s）。

從公式中，我們得知直接水錘與管道的埋設形式、管道的材質以及管道的水流速度等因素有關。假設某管道的實際水流速度為4m/s，計算可得水錘壓力為ΔP＝4×245/9.8＝100m水柱，折算后可得管道需承受10kgf/cm2。

2.2 間接水錘

間接水錘由于關閉閥門的時間大于一個壓力波的相長，當壓力力波到達閥門處時，閥門還未完全關閉，閥門未關閉可泄一部分正向壓力，壓力波開始往回傳時，閥門處變?yōu)樨撓驂毫Γy門繼續(xù)關閉造成的正向壓力與回傳的負向壓力相抵消，會使閥門處的最大水擊壓力小于直接水錘的壓力。

2.3 正常水錘

正常水錘的壓力上升值一般不會超過水泵的額定揚程，在工程實踐中一般不會引起管道及設備的破壞。

2.4 非常水錘

非常水錘是由于管道出現(xiàn)負壓，當負壓值低于水的汽化壓力時，水柱將出現(xiàn)中斷現(xiàn)象，當水柱再重新合在一起時，將產生較高的水錘壓力。

（1）非常水錘的判斷

根據(jù)參數(shù)MR(水泵的額定轉矩)、GD2(水泵機組的飛輪慣量)、nR(水泵的額定轉數(shù))、NR(水泵的額定軸功率)、L（管道的長度）、ɑ（壓力波）對照帕金馬圖(參照《給水排水設計手冊》相關資料)進行查表計算。根據(jù)查表的結果可以判斷管道是否會出現(xiàn)水柱中斷現(xiàn)象。

3 防止水錘危害的措施

（1）延長閥門的關閉時間，盡量避免產生直接水錘。注意選用閥門型號,特別是在選用止回閥時，應選用緩閉類型的止回閥，以延長閥門的關閉時間。

（2）控制好管道內的水流速度。

（3）加裝相應的安全裝置，如穩(wěn)壓罐、安全閥等，以防止水錘的危害。

（4）選用彈性模量較小的管材，如PE管。

（5）鋪設管路時，減少管道局部突起，以防出現(xiàn)負壓，造成水柱中斷現(xiàn)象，引起非常水錘破壞。

（6）調整管道的固定度，即公式中的c值。對明敷的管道，應做好管道支架制作安裝工作，適當提高支架的安裝密度，在起始端、轉角處加裝管道支架。

（7）做好水泵選型工作，參照GD2(水泵機組的飛輪慣量)等水泵參數(shù)，盡量選用水錘效應較小的水泵型號。

[1]CJJ101-2004《埋地聚乙烯給水水管道工程技術規(guī)程》.

[2]《給水排水設計手冊》.

責任編輯：宋飛 許衛(wèi)民
來稿時間：2014-11-26