李笑亞

（洛陽智達石化工程有限公司，河南洛陽 471000）

水擊現(xiàn)象是在管道技術(shù)組件內(nèi)部液體流速突然變化條件下發(fā)生的現(xiàn)象，管道技術(shù)組件內(nèi)部的液體，在流動速度變化條件下，會誘導產(chǎn)生從變化起始點位置逐漸向上游方向，以及下游方向傳播的水擊波。在水擊波沿著管道技術(shù)組件的空間分布方向傳遞過程中，通常會誘導管道技術(shù)組件的內(nèi)部壓力參數(shù)發(fā)生增大變化，或者是縮小變化，而此種壓力變化現(xiàn)象，通常被稱作水擊壓力、水錘壓力，或者是涌壓。水擊現(xiàn)象的發(fā)生，對水電站工程或者是泵站工程項目中涉及的管道技術(shù)組件設計環(huán)節(jié)具備深遠影響，是開展管道技術(shù)組件水力計算分析工作過程中應當關(guān)注的重要內(nèi)容。

1 管道技術(shù)組件水擊壓力參數(shù)的基本計算公式

管道組件系統(tǒng)的臨界時段參數(shù)TC，有時也被稱作相長參數(shù)，指的是瞬時水波在管道組件系統(tǒng)內(nèi)傳遞到反射點位繼而重新傳遞到起始點位過程中所經(jīng)歷的時間間隔，其計算公式見式（1）

式中，L表示瞬時水波在管道組件系統(tǒng)內(nèi)部傳遞過程中，起始點位與反射點位之間的物理距離，m，a表示瞬時水波在管道組件內(nèi)部傳遞過程中的速度，m/s。

從具體的描述語句角度展開闡釋分析，“臨界時段”相較“相長”，能更加充分地反映和揭示出流速變化時間參數(shù)對水擊壓力強度參數(shù)所造成的影響。在流速變化時間參數(shù)≤TC參數(shù)條件下，通常會誘導特定水擊事件發(fā)生過程中展示出最大壓力變化，在TC之內(nèi)發(fā)生的流速變化誘導發(fā)生的水擊技術(shù)現(xiàn)象發(fā)展過程如圖1所示。

圖1 閥門技術(shù)組件關(guān)閉時間參數(shù)≤TC條件下的水擊現(xiàn)象發(fā)展過程圖

圖1中，V0表示管道技術(shù)組件內(nèi)部承載的水流的初始流速，H0表示在忽略水頭損失前提下，在流速尚未發(fā)生明顯改變之前的穩(wěn)定流水頭。在流速變化幅度大于TC條件下，實際引致發(fā)生的壓力波現(xiàn)象，會因為大量水分子之間發(fā)生的相互摩擦作用，而具體與處在低壓返回水擊波的尾流相互重疊而展示出一定程度的消減變化。

對于具體化的管道技術(shù)組件而言，其在臨界時段范圍之內(nèi)會發(fā)生流速變化現(xiàn)象，而因流速變化而引致的壓力參數(shù)強度升高（也就是因水擊作用而引致發(fā)生的壓力參數(shù)升高HS），通常可以借由式（2）加以計算獲取.

式中，Vf表示在時刻t=TC條件下的流速參數(shù)，m/s，如果水流在小于TC的時間區(qū)間之內(nèi)完全停止，比如水電站工程丟棄完全負荷條件下，Vf的實際設定值等于0，而g則表示重力常量，為9.8m/s2。

在管道線路技術(shù)組件的具體使用過程中，其可能遭遇的最大水擊壓力參數(shù)，指的是管道組件技術(shù)系統(tǒng)中承載的各類液體所能實現(xiàn)的最大流速，以及與管道技術(shù)組件的制作材料具備相關(guān)性的波速測算函數(shù)。

最大水擊壓力參數(shù)發(fā)生過程中涉及的技術(shù)情形如下：管道技術(shù)組件內(nèi)部承載的水流以最大速度流動條件下，發(fā)生閥門技術(shù)組件迅速關(guān)閉現(xiàn)象、水泵設備停機現(xiàn)象，或者是其他能夠在臨界時段TC內(nèi)使水流發(fā)生截?，F(xiàn)象的情況。

在管道線路技術(shù)組件內(nèi)部，水擊波速度參數(shù)a，通常需要依賴管道技術(shù)組件制作材料的類型特征、管道技術(shù)組件內(nèi)壁結(jié)構(gòu)部分的厚度參數(shù)、管道技術(shù)組件的直徑參數(shù)，以及管道技術(shù)組件實際傳輸?shù)囊后w物質(zhì)類型等因素共同決定，其具體計算公式見式（3）

式中，Ew表示管道技術(shù)組件內(nèi)部承載的水所具備的體積彈性模量參數(shù)，kg/m2（在一般性溫度參數(shù)和壓力參數(shù)設定條件下，其實際數(shù)值為2.11×108kg/m2）；γ表示管道技術(shù)組件中承載的水的容重參數(shù)，kg/m3（在一般性溫度參數(shù)和壓力參數(shù)設定條件下，其實際數(shù)值為1 020.00kg/m3）；r表示管道技術(shù)組件的半徑參數(shù)，m；k表示抗力系數(shù)，且對于不同種類的管道技術(shù)組件而言，其設定的數(shù)值具備顯著差異。

綜合梳理分析式（1）～式（3），對于管道技術(shù)組件內(nèi)部承載和傳輸?shù)乃?，如果其在起始位置的流速較大，在終止位置的流速較小，且產(chǎn)生正壓，說明閥門技術(shù)組件處在關(guān)閉狀態(tài)；而如果其在起始位置的流速較小，在終止位置的流速較大，且產(chǎn)生負壓，說明閥門技術(shù)組件處在開啟狀態(tài)。基于現(xiàn)有的技術(shù)控制規(guī)程，水擊壓力參數(shù)取值的實際大小與波速a之間具備正比例關(guān)系；水擊壓力參數(shù)取值的實際大小與波速變化幅度的絕對值之間具備正比例關(guān)系，管道技術(shù)組件內(nèi)部實際發(fā)生的水擊波現(xiàn)象的速度參數(shù)，通常會伴隨著管壁結(jié)構(gòu)彈性變形發(fā)生幅度的增大而逐漸減小，在氣泡分散處于承載液體的管道組件技術(shù)體系內(nèi)部條件下，其實際波速會發(fā)生程度顯著的降低變化。

2 管道組件技術(shù)系統(tǒng)設計工作開展過程中水擊現(xiàn)象的防范控制思路

對水擊現(xiàn)象展開的研究分析工作，應當在管道線路技術(shù)系統(tǒng)的設計階段開展。在管道線路技術(shù)系統(tǒng)的整體布置工作環(huán)節(jié)結(jié)束之后，通常就能夠直接且準確地確定。水擊技術(shù)分析活動環(huán)節(jié)開展過程中，需要依賴管道技術(shù)組件長度參數(shù)，管道技術(shù)組件直徑參數(shù)，管道技術(shù)組件內(nèi)壁結(jié)構(gòu)的厚度參數(shù)，管道技術(shù)組件生產(chǎn)制備過程中所運用的材料，管道技術(shù)組件運行過程中的輸水能力參數(shù)，以及水泵設備實際具備的型式特征和尺寸特征。

對水擊現(xiàn)象展開的研究分析工作，應當首先規(guī)范計算和繪制形成管道組件技術(shù)系統(tǒng)，在最終化的正常運行工況條件下的水力坡度線，也就是壓迫線。

在管道組件技術(shù)系統(tǒng)內(nèi)部，管線組件中任意一個技術(shù)點位實際承擔的工作壓力，事實上是該技術(shù)點位管線組件高程參數(shù)和壓坡線高程參數(shù)之間的數(shù)學差值，而在上述計算處理環(huán)節(jié)結(jié)束之后，可以明確計算獲取管道技術(shù)組件內(nèi)部承載的水的最大流速。如果這里所述的最大流速因某種技術(shù)因素的作用而發(fā)生瞬間被截斷現(xiàn)象，其通常會誘導水擊現(xiàn)象發(fā)生，而如果在實際開展的管線技術(shù)系統(tǒng)設計工作過程中未能充分考慮到對水擊現(xiàn)象的控制，或者是未能充分采取措施控制和降低氣泡現(xiàn)象的形成過程，則通?？梢詫夹g(shù)條件下發(fā)生的水擊壓力，具體劃定為管線技術(shù)系統(tǒng)實際承受的最大水擊壓力。

利用上述環(huán)節(jié)中獲取的最大水擊壓力參數(shù)，針對管線技術(shù)系統(tǒng)開展校核處理，能支持管線技術(shù)系統(tǒng)在發(fā)生水擊現(xiàn)象過程中，獲取到穩(wěn)定且充足的安全余度支持條件，而在安全余度發(fā)生幅度不足條件下，應當針對管線技術(shù)系統(tǒng)開展適當程度的調(diào)整干預，或者是針對管線技術(shù)系統(tǒng)補充安裝適當類型的補救技術(shù)裝置，或者是控制技術(shù)裝置，以確保能夠順利獲取到優(yōu)質(zhì)且良好的工作效果。

3 結(jié)語

綜合梳理現(xiàn)有研究成果可以知道，在現(xiàn)代壓力管道工程項目設計工作的具體開展過程中，水擊現(xiàn)象的發(fā)生對管道技術(shù)組件的使用性能具備深刻影響。在壓力管道工程設計過程中選擇適當措施對可能發(fā)生的水擊現(xiàn)象展開預防控制，對于確保壓力管道技術(shù)組件在具體使用過程中穩(wěn)定發(fā)揮最佳技術(shù)功能，發(fā)揮著不容忽視的作用。