长距离有压输水工程启泵工况水锤实例分析及防护
长距离输水工程水锤防护分析和工程实践
长距离输水工程水锤防护分析和工程实践摘要：长距离输水管道工程，因其地势高差起伏较大，扬程较高，易发生水柱分离并造成水锤危害。
因此长距离输水管道工程的设计重点之一就是水锤防护的研究和安全防护。
本文结合工程实例对水锤防护问题进行探讨和分析。
寻找进行优化防护设计及最优方案。
关键词：高位水池；断流弥合水锤；水锤防护；箱式调压塔；恒速缓冲排气阀Abstract: the amount of transporting water pipeline engineering, because of its relief and bigger difference, where the head high, easy to have the separation and the water caused by water hammer hazards. So long water pipe of engineering design is one of the key water hammer protection of research and safety protection. Combining with the project examples of water hammer protection problems are discussed and analyzed. Looking for optimization protection design and the best plan.Keywords: high pools; To flow to bridge the water hammer; Water hammer protection; Box pressure regulating tower; Constant speed buffer discharge valve1、前言随着经济建设的发展，水资源的日益短缺，为了解决生活和工业用水的水源问题，近年来高扬程、大流量、长距离地形复杂的输水管线工程实例日益增多。
长距离输水管线水锤防护案例分析
长距离输水管线水锤防护案例分析发表时间：2019-05-28T15:55:26.500Z 来源：《防护工程》2019年第4期作者：马晓未[导读] 我国水资源匮乏，而且空间分布不均，为了满足高速增长的城市用水量需求，许多长距离输水管线得以建造。
河北省水利水电勘测设计研究院摘要：长距离输水管线的水锤防护分析主要包括事故停泵以及提升泵站启泵时的管线水锤防护。
输水管线的水锤防护方案有多种选择，但对于长距离输水管线，选择一个积极有效的水锤防护方案以抵抗瞬时产生的压力是一个很大的挑战。
结合实际工程，论述了长距离输水管线水锤防护的建议以及水锤防护装置的防护效果，可供类似工程参考借鉴。
关键词：长距离输水管线；水锤；水锤防护我国水资源匮乏，而且空间分布不均，为了满足高速增长的城市用水量需求，许多长距离输水管线得以建造。
当输水管线的稳态条件发生变化时，例如水泵断电、水泵开启或者是阀门关闭时，都会产生水锤现象。
输水管线的水锤分析以及防护方案的选择，应在输水工程设计阶段完成。
如果没有首先建立瞬态的水力模型，水锤对输水管线的影响将会很难被预测。
因此笔者针对我国长距离输水管线工程的现状和特点，选取了平坦地区和大坡度长距离输水管线2种典型工程实例论述了输水管线的瞬态水力分析以及水锤防护建议。
1水锤的原因1.1管材与施工质量影响传统供水管道材质通常情况下，都是灰口铸铁管。
此种管材不仅具有非常大的脆性，而且整体强度比较低，这就导致管体组织疏松，无法消除气孔。
给水管道使用期间，不仅受到横向受力，也会受到外力振动，这就使得给水管道需要承受很大的应力，久而久之，就会出现纵向破裂。
我国老城市供水管道铺设已有五、六十年，管道材质老化严重，导致管道爆漏多。
在施工时，由于沟槽开挖未能达到标准、管道焊接和施工人员的个人问题也会造成水锤的隐患。
1.2应力作用应力是由覆土压力、水压、温度变化、不均匀沉降等产生的环向拉应力、环向弯曲应力、温差纵向拉应力、纵向弯曲应力或承口开裂应力。
浅谈长距离压力输水工程水锤防护设计
浅谈长距离压力输水工程水锤防护设计摘要：长距离输水工程管线长，管道起伏大，输水安全性要求高，而水锤是影响长距离压力输水工程运行的一个重要因素，根据调查统计，在城市给水阀门和工业企业的给水泵站中，绝大部分水锤事故都属与停泵水锤事故。
本文本工程在对压力系统水锤分析时只对停泵水锤进行分析并提出防护设计措施。
关键词：长距离压力输水管道；停泵水锤；防护设计1、工程概况本长距离输水工程，设计流量：20万m3/d（考虑5%的沿程漏损和水厂自用水后为21万m3/d），从取水泵房至水厂主要采用焊接钢管，双管并联，单线长6.2km，管径为DN1200，壁厚10mm；取水泵房设计地面38.5m，泵进口约37.15米，原水引水管余压约2.5-5m。
水厂设计地面标高97.5m，配水井水位标高101.3m，原水进水余压1.0m。
2、模型建立2.1应用软件简介。
本工程水锤分析软件采用奔特力-海思德软件公司的HAMMER软件，该软件将水锤效应（waterhammer）的复杂原理结合成为简单易用的工程工具，建模以节点和管段的稳态计算结果为基础，协助水利工程师顺利地进行任何复杂的水锤水击水力计算与设计。
2.2建模数据。
水泵参数：4台水泵并联工作，3用1备。
其中PMP-1及PMP-2水泵Q=2188m3/h、H=63m，电机功率560kW。
PMP-3及PMP-4水泵Q=4375m3/h、H=63m，电机功率1000kW。
PMP-4为备用泵。
根据取水泵房内远期水泵配置和原水压力管道平面方案布置图及简化的纵断面图，建立水锤计算模型。
示意如下：由上图可知，管线稳态运行时泵后压力最大为70m，管道沿线各节点压力在70m水头范围内，而设计中要求原水输水管的安全可靠性较高，设计泵站后管道采用D1220X10钢管，管线在远期21万m3/d设计流量时可以保证在流量恒定的前提下安全运行，危及管线系统安全的潜在因素是由于事故停泵而引起的停泵水锤，这也是本设计关注的重点。
多分水口长距离输水工程停泵水锤防护措施
多分水口长距离输水工程停泵水锤防护措施摘要：我国水资源相对贫乏，且分布极不平衡，今后随着城市化、工业、农业的发展，将更加注重水资源的合理配置。
水锤是指水泵突然停止或开启导致水的流速变化而造成的压强大幅度波动的现象，而停泵水锤往往会对生产造成巨大的影响，严重的还会对安全造成重大的威胁。
随着南水北调和引汉济渭工程的顺利实施，我国将会实施越来越多的水资源优化工程。
关键词：多分水口；长距离输水；停泵水锤；防护措施引言目前，计算水锤的方法主要有图解法、解析法和电法。
其中，电算法以运动方程和连续方程为基础，采用微分方法求解积分问题。
在电算法中，最常用的是特征线法和波特征法。
特征线方法是一种比较常用的方法，它具有清晰的物理概念，能够对复杂的边界条件进行求解，能够满足数值求解的要求。
1.案例分析某大型供水工程输水线路从泵站提水至末端净水厂结束，管路总长106.46km，泵站取水口至1号分水口输水管径为DN2000，管壁厚度为300mm；1号分水口至2号分水口段输水管径为DN1800，管壁厚度为280mm；3号分水口至末端输水管径为DN1600，管壁厚度为250mm。
管材均为预应力钢筒混凝土管（PCCP)，糙率为0.012。
总输水流量为3.07m³/s，沿线共有七个分水口。
泵站共设5台DFSS600-13/6型卧式离心泵，单泵转速为945r/min，运行流量为0.7675m³/s，设计扬程为40.75m，站前最低、设计及最高运行水位分别为210.8m、212.05m和219.97m。
输水线路过长除了会造成日常检修维护困难外，还会在事故发生时由于响应迟缓导致管道及其他部件遭受严重破坏，因此为了确保安全运行通常需要采取多重水锤防护措施进行管道防护。
1.1.抽水断电无保护过渡过程的计算输水系统在实际运行期间有多种运行工况，不同工况下工程沿线的测压管水头和内水压力都有较大的不同，最危险工况为泵站工作水泵同时抽水断电且泵站取水口水位为最低运行水位，因为此时水泵扬程最高，发生停泵事故泵后产生的压降最大。
长距离管道输水工程的安全性及水锤危害防护技术
４．３．１ ｍｉｎ。
在水泵启动时能够先慢后快地自行开启，事故停泵时又能自 动快速地关至某一设定角度，余下的角度则以相当慢的速度 关闭。无论在正常启闭水泵过程，或在突然断电后的水力过 渡过程中，既能消除水锤危害，又不出现大量的水倒流使机 泵长时间反转。 （３）空气罐。空气罐是内部充有一定压缩气体的金属 罐。新型空气罐内设有橡胶囊，囊内装气体，气体与水隔离。 空气罐一般安装在泵站出口管路上，在管道发生水锤管路压 力升高时，气囊内气体继续被压缩，起到气垫缓冲作用；当管 道内出现压力骤降时，甚至发生水柱分离，囊内压缩空气快 速膨胀向管路注水，有效消除水锤危害。 （４）水锤泄放阀、水锤预防阀。水锤泄放阀是水力式自 动控制阀，当管道水锤压力超过预先设定值时，它将迅速开 启泄压，当管道压力降到低于设定值后，它又以可调速度缓 慢关闭，不会产生二次水锤危害。水锤泄放阀设置在管路易 发生水锤的位置。 水锤预防阀是用现代电子技术和压力传感器代替了水 力式低压导阀，它感应第一个水锤低压波，在高压波来临之 前阀门即开启，提前预防高压波对管道和设备的破坏。水锤 预防阀比水锤泄放阀具有更高的防护等级和更灵活控制方 式，适用于对水锤防护要求非常严格的工程。 （５）空气阀。低压进排气阀、高压微量排气阀、真空破 坏阀是空气阀的三种基本形式，对其改造和组合可形成更多 的种类。消减长输管道断流弥合水锤危害可采用三级排气 防水锤空气阀和进气微排空气阀。 三级排气防水锤空气阀是对低压进排气部分的改进，在 低压排气阀内增设限流盘，将低压排气过程分成低压差时全 速排气，较高压差对限流盘起动后减少了排气面积，限制排 气速度，也就消减水柱弥合冲击量。进气微排空气阀是利用 真空破坏阀自动吸气原理，管道出现负压时可自动高速吸气 破坏真空，水柱弥合时大孔口自动关闭，限制高速排气，也就 降低了水柱断流弥合撞击，消减水锤压力，残留管道内少量 空气通过旁通管上微量排气孔排出。 消减管道水锤的防护设备很多，尚有安全泄压多功能 阀、水锤消除器、缓闭止回阀等等。 水锤危害很大，是引发长输管道事故的最重要因素，应 认真分析研究长输管道系统水力过渡过程，采取经济可靠的 防护技术，复杂重要的工程应采取多级综合防护措施，以保 证管道安全运行。 ５管道系统功能性试验 《城镇给水排水技术规范》（ＧＢ ５０７８８—２０１２）强制规定 “压力管道竣工验收前应进行水压试验。生活饮用水管道运 行前应冲洗、消毒。” （下转第２２页）
案例解析如何解决水锤问题
案例解析如何解决水锤问题案例解析如何解决水锤问题水锤效应，在有压力管路中，由于某种外界原因（如阀门突然关闭、水泵机组突然停车）使水的流速突然发生变化，从而引起水击，这种水力现象称为水击或水锤。
本文将分析案例，带给你一些解决水锤现象的办法，并通过系统性的经验分享，帮你强化技术基本功，成为工程上解决问题的高手。
01要小心，水锤发生常见场景1 阀门关闭太快的情况下，后续水流在惯性的作用下，迅速达到最大，并产生破坏作用，这就是流体力学当中的“水锤效应”，也就是正水锤。
2 关闭的阀门又突然打开后，也会产生水锤，叫负水锤，也有一定的破坏力，但没有前者大。
3 电动水泵机组突然停电或启动时，同样也会引起压力的冲击和水锤效应，冲击波沿管道传播,极易导致管道局部超压而造成管道破裂、损坏设备等。
4 输水管道过长，高差过大，管道中水流速度过大等。
02要重视，水锤现象的危害水锤引起的局部压强升高，可达管道正常工作压强的几倍，甚至几十倍。
这种大幅度的压强波动，对管路系统造成的危害主要有：1 引起管道强烈振动，管道接头断开；2 破坏阀门，严重的压强过高造成管道爆管，供水管网压力降低；3 压强过低又会导致管道的瘪塌，还会损坏阀门和固定件；4 引起水泵反转，破坏泵房内设备，严重的造成泵房淹没等事故，影响生产和生活。
在膜项目中，严重时会将膜元件击的粉碎，带来不可恢复的损失。
所以，解决水锤效应的方案、防护成为水处理工程中关键性的工艺技术之一。
03要学习，从案例看解决办法案例：在某项目现场，由于现场空间问题，超滤膜水平安装。
经常出现两端开裂，渗漏等多种问题。
最终原因：发现是开泵开阀瞬间排气不净，产生水锤和气锤造成。
解决方案：每个端盖加装了排气阀，进水阀门从气动改电动慢开阀门。
总结“水锤现象”的解决办法，要注意“防范在先、预防为主”，一般措施有：1 高压泵采用软启动方式避免，如降压启动、变频调速启动、带自动控制器的串电阻启动。
2 在操作方式上避免，如在启动时将进口阀门关闭或关小，然后缓慢打开阀门，直到达到系统工作压力时为止。
长距离供水管线水锤防护措施
长距离供水管线水锤防护措施摘要：水锤是影响长距离压力输水工程安全运行的一个重要因素，不少工程因水锤而引起爆管，造成了严重的经济损失.长距离有压输水管道易发生水锤危害，尤以高扬程多起伏管道水锤防护难度最大，发生水锤的可能性最大。
由于长距离输水工程管线长，管道起伏大，要求输水保证率高，因此工程的安全运行问题越来越受到科研、设计、施工及运行管理人员的重视。
本文结合水锤特征，根据长距离输水管道系统的特点，提出有效的水锤防护措施。
关键词：长距离；输水系统；水锤防护我国是一个水资源贫乏的国家，人均水资源占有量很低。
有些地区水已成为制约经济发展的“瓶颈”。
新中国成立以来，随着工农业的发展，科学技术的进步，我国兴建了40多万处泵站工程。
已建和正在修建的许多大型泵站工程，向几十公里甚至更远的地方供水。
在长距离输水工程中，对加压供水系统安全危害较大的是水锤事故，不少工程因水锤而遭受严重破坏。
水锤事故的成因不同，产生危害也不同，有的造成压力管道破坏（即爆管），有的造成泵房被淹，有的设备被打坏，伤及操作人员等，给正常的生活的生产带来了严重的影响和经济损失。
由于泵站工程在国民经济建设中作用重大，其安全经济运行也备受人们重视。
1 水锤定义及特性1.1 水锤定义在有压管路中流动的液体，由于某种外界原因（如阀门突然关闭、水泵或水轮机组突然停车等）使得液体流速发生突然变化，并由于液体的惯性作用，引起压强急剧升高和降低的交替变化，这种水力现象称为水锤。
1.2 水锤特性水锤实际上是由于水流速度变化而产生的惯性力。
当突然启闭阀门时，由于启闭时间短、流量变化快，因而水击压力往往较大，而且整个变化过程是较快的。
由于管壁具有弹性和水体的可压缩性，水击压力将以弹性波的形式沿管道传播。
水击波传播过程中，在外部条件发生变化处均要发生波的反射。
发射特性决定于边界处的物理特性。
2 长距离供水管线水锤防护的必要性2.1 水锤产生原因水锤是在突然停电或者在阀门关闭太快时，由于压力水流的惯性，产生水流冲击波，就象锤子敲打一样。
长距离有压管道水锤预防措施分析
长距离有压管道水锤预防措施分析发布时间：2022-08-09T07:57:59.386Z 来源：《工程建设标准化》2022年第7期作者：孙德彬[导读] 随着经济社会的持续快速发展，长距离供水工作面临着挑战与考验，有必要对长距离有压管道水锤问题进行分析处理，并通过行之有效的预防措施，降低其危害及影响。
孙德彬新疆昌源水务准东供水有限公司，新疆昌吉州 831100摘要：随着经济社会的持续快速发展，长距离供水工作面临着挑战与考验，有必要对长距离有压管道水锤问题进行分析处理，并通过行之有效的预防措施，降低其危害及影响。
为此，下文介绍了水锤预防的意义，分析了长距离有压管道水锤的产生及危害，并结合相关实践经验，从调压塔、注排气阀以及超压泄压阀等设备设施方面，探讨了长距离有压管道水锤的预防措施，阐述了个人对此的几点浅见。
关键词：长距离有压管道；水锤影响；预防措施；方法路径当前，经济社会发展对水资源的需求日益增加，对长距离有压管道的运行状态提出了更高要求。
在此形势下，技术人员应明确水锤问题的产生原因及危害，并合理采用方式方法予以预防控制，保证供水管道运行平稳。
1水锤预防的意义供水工程是满足现代经济社会快速发展的重要载体，其运行状态的优劣与经济社会发展质量密切相关。
在长距离有压供水管道中，其常见的水锤现象对供水效能影响深刻，若不注重采取具有针对性的预防措施，则极易导致长距离供水管道综合效能降低，甚至出现多种类型的供水安全隐患问题。
近年来，相关主管部门高度重视供水管道水锤预防技术的运用与创新，在精准有效辨识水锤诱因，强化水锤预防过程控制等方面制定并实施了系列性技术规范，为新时期水锤预防策略的细化完善提供了重要遵循与导向，在实践领域取得了令人瞩目的现实成就。
同时，各级各类供水企业同样在破解供水管道水锤预防技术难题，实现水锤预防控制长效机制建设方面进行了积极探索与研究，效果突出。
尽管如此，当前长距离有压管道水锤预防实践中依旧存在不同问题，束缚着供水管道实际效用的优化提升，必须做出专业技术研究与处理[1]。
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本文借鉴了管道中气体和水的流态、运动、升压等相关知识作为研究基础，坚持将防护断流弥合水锤作为研究的重点；并以某个城市的大型综合型水利工程项目，对长距离输水工程中不同情况下的水锤进行全面详尽的分析，最后得出：如果不采取任何防护措施，那么管线渠道停泵后重启水泵时断流水锤的升压价高。
3启泵工况水锤分析计算防护
由于本项目的输水管线，其跨度大、管径大、扬程小、起伏多、有压运行，如果运行中在流量突然发生改变，极有可能出现水柱突然断掉的现象。所以有必要实验管线第一次通水、工况时弥合水锤是否发生断流，针对这种工况应该采取一定的措施。
当三个水泵同时运行，第一次通水达到稳定运行的时候，由于管线渠道没有出现负压的现象，这种情况下管线渠道可以稳定、安全地运行。
1案例概况
本文所研究的案例是某个城市的水利枢纽以及输水工程，主要供应城市的用水，同时还具有发电的功能，这也是保障该市安全用水的综合型、大型水利工程项目。这个项目共分为三项，分别为水利枢纽、净水以及输水管道，本文研究的重点是关于输水管道的工程，管线系统的工程图如下。
2分析计算内容
该项目的输水管线长度三十二公里，水泵的额定扬程设定为五十二米，最大的管道直径型号为DN1800、最小的管道直径型号为DN1400。因为本项目的跨度大，所以管线的高低起伏也相对多些。本项目属于大型的输水项目，其跨度大、管径大、扬程小、起伏多、有压力，当进行调节流量或者因为突发原因进行停泵的时候，因为输水管线的背侧压力小一些，很容易引发水锤事故，所以项目进展的安全性十分重要，对水锤的测算评估要做到尽量详尽、合理、安全的防护方法。按照已有的相关理论研究，将其运用到本项目的研究中去，根据水锤防护的分析测算作出详尽的方案并选择，本研究也可以给相似的项目或工程提供经验借鉴。
参考文献：
[1]陈涌城，张洪岩.长距离输水工程有关技术问题的探讨[J].给水排水.2002（2）：1-4
[2]张明泉.浅谈减少给水管道漏水量的措施[J].城镇供水.2000（3）：26～27
长距离的管线工程具有这样的特点，它的管道纵断面可以反映出管线的背测压力相对来说较小，专门对这种项目进行水锤的分析测算，发现输水项目在启动水泵时可能会时管道中水和气混合在一起。所以，应将防护措施的中心关注为在第一次充水、短时间停水检测、突发的停泵事件以及重启这几种情况下，如何平稳地排出气体、使用防爆的水锤。尤其是在停泵之后第二次启动水泵，必须根据管线的水泵机组以及排气阀门等组件列举最佳的防护措施、制定最优程序。
长距离有压输水工程启泵工况水锤实例分析及防护
摘要：调水工程中如果停泵或者启动水泵都有可能会发生对水锤损坏的现象，本以某市输水工程为例进行研究，该工程跨度大、管径大、扬程小、起伏多、有压力，试验研究了第一次通水时的断流水锤计算。
关键词：长距离；有压；输水工程；启泵；水锤
当前我国各类水利工程建设都发展迅速的时代背景下，长距离的引水项目作为我国的重点项目，主要任务为将大量的水、以固定水压和高品质、高安全度的水引流到固定地点，更是与民生福利密切相关[1-4]。随着我国经济的高速发展，当今长距离的输水渠道其规模不断增加，工程也更加复杂，伴随的是引水工程的事故多，因此，如何利用合理的预防措施，才能提高长距离输水项目的效率和安全性，因此也是当前重要的研究方向[5-7]。此前的研究中对于压力输水管的设计分析不到位，大部分只研究了对停泵水锤的防护措施。但是调水工程中如果停泵或者启动水泵都有可能会发生对水锤损坏的现象，严重时会引起输水管道爆破的严重事故。因此，准确计算并分析压力输水管中的水锤[8-9]，根据长距离输水过程的特殊程度和复杂程度，找到能够高效率、成本低、安全度高的防护方法，对于保障长距离输水能够成功运行具有重要的现实意义，同时这也是本文的研究重点。
第二步，断流水锤升压的计算。第一次通水时同时开启了三台水泵，管线渠道通水时没有控制流量和排气，没有任何防护措施，因此升压时如果排气不顺畅或着通水的速度比排气的速度高，管线渠道会造成压力震荡或者是出现管道堵气现象。
同时开启了三台水泵进行管线渠道通水，因为没有防护措施，造成堵气和压力震荡，会发生水锤断流弥合的现象，出现水柱突然中断的情况。管线渠道的最大压力增大，增加到三百五十米的水柱，局部管段的压力在二百五十米水柱以上，其中大部分的管段压力超过一百五十米水柱，已经超出了管线渠道能够承受的遥控，必须采取防护措施。