给水系统中水锤的危害及其防治措施_朱金安

给水系统中水锤的危害及其防治措施朱金安唐传祥(岳阳石油化工总厂供排水厂岳阳414014)摘要目前,对给水系统中水锤的研究,主要是朝两个方向发展,一是研究水锤过程机理及预测计算方法;二是研究防治措施。本文介绍水锤的危害及其防治措施。随着我国工农业生产的快速发展,各种类型的水泵站日益增多,而如何保证泵站及给水系统安全运行则日显重要。启、停泵水锤的危害是巨大的。水锤事故往往造成给水管道爆裂、水泵及阀门损坏、大量漏水乃至停水,有时会造成泵站淹毁,泵船沉没、人身伤亡等。在压力给水管路中因流速剧烈变化引起动量转换,从而在管路中产生一系列急骤的压力交替变化的水力撞击现象,称为水锤现象。这时,水就显示出它的惯性和可压缩性。水锤是流体(水力)瞬变(暂态)过程,它是流体的一种非恒定(非稳定)流动,即液体运动中所有空间点处的一切运动要素(流速、加速度、动水压强、切应力与密度等)不仅随空间位置变化,而且随时间而变。水锤现象的延续时间虽然极其短暂,但它会造成严重的工程事故,如因事故停泵在给水管路上产生水柱分离和断流弥合水锤,则其破坏性更为严重。日本久保田铁工K.K管道研究所的宫本和中岛两位先生在564m长、DN300、落差135m的铸铁管管段上所做的水锤试验结果为:当关闭闸门时分别为4s和4.4s时所产生的水锤为正常工作压力的5倍和3倍。1水锤实例及其危害1.1启泵水锤岳阳石油化工总厂排水厂青坡供水车间送水泵房1982年某日由于操作工误操作发生了启泵水锤破坏事故。造成离送水泵房1km处的DN900铸铁管爆裂,裂口达60cm宽,90cm长,造成大部分工业供水中断。岳阳石油化工总厂供排水厂长江边取水车间送水泵房是通过长度为11km,一条直径为DN1000铸铁管,一条直径为DN900钢筋混凝土管向青坡沉淀调节池送水。1974年某日,双电源中的一路因故突然停电,当用另一路电源启动水泵时,由于一路停电,一路启用的时间差,造成启泵水锤,在离长江边2km处的DN1000铸铁管被击成宽50cm,长90cm的一大片孔洞。1.2停泵水锤1960年9月17日,衡阳自来水公司一水厂取水泵站因电压波动而紧急拉闸停泵,发生严重的停泵水锤破坏事故,致使DN800闸阀上壳被击破,三通管上DN800堵板被击成碎片,DN350闸阀和止回阀均被击破。水泵房被淹没0.68m,水泵机组被淹,供水中断24小时。北京某水厂新建水源井于1977年投产,因电源突然中断曾发生多次停泵水锤事故。该厂A井装有16JD490深井泵一台,出水管路上设DN300闸阀和止回阀,出水管为DN400铸铁管,长约600m,接DN600预应力钢筋混凝土管,长1700m,再接DN1000预应力钢筋混凝土管,长2300m,送至水厂·42·化工给排水设计1998年第2期清水池。水泵工作压力为0.04-0.15MPa之间。发生停泵水锤事故,造成止回阀上盖被击成5块。1978年北京市市政设计研究院等单位曾对A井进行了停泵水锤测试,发现停泵时压力管路中有水柱分离和断流弥合现象。压力峰值超过2MPa,停泵60s后压力才趋于平稳。停泵时压力管路中的水柱分离和断流弥合水锤现象是目前研究最引人注目的新课题。水柱分离和断流弥合水锤现象是给水管路中出现空穴(空管段)时的一种水锤现象。当水锤波在管流中作纵波传播时,水体质点作周期性的疏密变化,使水体中的质点群时而受拉,时而受压。由于水体承拉能力极差,当它承受不了这种拉力时,水柱就会断裂而彼此分离开。尤其在含有杂质、气泡的水体中或管道纵剖面上折线变化较大的管段,产生一些空穴或“空管段”。在无注气阀的情况下,空穴或“空管段”内呈现很大程度的真空。随后将产生断流弥合水锤现象。给水管路中水柱分离及随后产生的断流弥合水锤问题,近年来受到了人们的高度重视。因为它是给水系统中最具有危害的水锤冲击波动。2给水系统中水锤的防治措施2.1可能产生水锤危害的技术条件见表1表1可能产生水锤危害的技术条件总扬静扬程输水管输水管关阀程(几何供水高度)道长度中流速历时在30m在20m大于大于2小于以上以上500m～2.5m/s30s2.2启泵水锤的防治措施2.2.1取消普通止回阀根据大量实践经验,在泵站出水管路上取消普通止回阀,对于消除停泵水锤是比较有效的措施。取消止回阀后,最大停泵水锤升压值可通过数解综合法、图解法或电算法求得,一般可以得到精确的结果。但是在城镇给水工程中,水厂内二泵站取消止回阀是不适宜的。因为在突然断电后,城镇给水管网中大量倒流量将使水厂造成事故。水厂取水泵站取消止回阀应通过计算,并妥善处理好下列几点:a.机组反转时,防止轴套退扣和机轴窜动;b.机组反转时,出现机组共振的可能性;c.大量倒流量排放的可能性以及水泵再次启动时的抽气引水时间等。在实际工程中,取消止回阀可以降低水泵站正常运行电耗,但也应结合具体条件