PIPENET长距离供水停泵水锤设置原则
长距离输水管网运行当中水锤计算的必要性
长距离输水管网运行当中水锤计算的必要性摘要：随着我国城镇化的不断推进，城市建迎来了高速发展，涉及到长距离输水的工程项目越来越多，水锤问题越来越受到重视。
水锤对输水管网造成的损害很大，当出现管道破裂时，会加大输水量，影响管网稳定性；若造成大面积停水，则造成的社会影响巨大。
本文从多角度分析了水锤对输水管网危害性，并根据研究结果对现阶段的水锤计算提出了改进建议。
关键词：输水长距离水锤计算1.水锤形成原因水锤是以水锤波的形式表现出来的。
水锤波可以在输水管路中高速（最大可接近声速）传播。
因为输水管道中的水无法再被挤压，当受到水锤波冲击时，增大了输水管道的压力，这就是水锤现象，水锤现象发生时通常还伴有比较大的撞击声。
水锤在输水管网中通常由以下原因产生：（1）阀门正常情况下的启闭和调节，阀门在误操作和异常故障时的启闭。
（2）泵房水泵正常或事故时的启动和停止。
（3）电机叶轮振动不规律。
（4）输水管网被淤泥等异物阻塞。
（5）输水管道中混入空气，形成气团。
（6）外部突然断电，泵房停止工作。
2.水锤的分类在分类之前，先对常用的几个名词做一解释。
Ts :关阀历时，阀门全部闭合所需要的时间；α:水锤波在压力管道中的传播速度；μ:水锤相。
水锤波在管道内穿行一次的时间，即μ=。
(L为管道总长)水锤的具体分类及判别标准见表2.1表2.1水锤的分类3.水锤的破坏性分析在长距离输水管道中，水锤造成的破坏主要有以下三点：（1）水锤会使管道内的压力急剧升高，超过管道的设计压力，对管道的阀门甚至是水泵造成破坏；当水锤压力降低时，输水管网又会产生失稳现象。
（2）如果水泵的反转速度升高超过规定限值，或突然停止反转，会造成水泵电机永久性损害，导致电机转子变形，严重时会使电机联结轴破损，甚至断裂。
（3）水泵倒流时，输水管网的压力降低，供端水量减小，末端水压不足。
为保障末端供水正常，长距离输水管网压力通常较高。
为避免突然关阀造成的损失，在工程设计阶段就需要对水锤进行计算，并采取相应防护措施，避免水锤的发生。
管道停泵水锤模拟分析及水锤防护措施建议
管道停泵水锤模拟分析及水锤防护措施建议摘要：本文以长距离输水管线为研究对象，建立水力分析模型，对不同运行工况下停泵水力过渡过程进行分析研究。
主要分析无防护措施停泵水锤水力模型及为消除或减小该现象而采取防护措施后的水锤水力模型。
通过对关阀时间、排气阀，水泵惯量等各种变化工况进行模拟停泵水锤分析，结果表明排气阀可以有效的降低管道负压，关阀时间和水泵惯量对管道正压有调节作用但是对管道负压的调节作用很小。
该模拟分析结果可以缩短泵站和输水管线的设计时间，优化供水工程的投资建设，为泵站和长距离输水管线的安全运行和优化设计提供技术依据。
关键词长距离输水停泵水锤模拟分析防护措施1 引言水锤分析是基于一种水中压力波传导理论的非稳态瞬变流分析技术，对于各种管路系统在水流突变状况下的安全防护具有重要意义。
对于静扬程高、距离长、管道起伏频繁、流速大的长距离输水管线系统而言，在突然停泵、启泵、关阀、开阀等过程中，由于操作不当、防护设施配置不合理或失效等原因引起管路中水流的瞬间急剧变化。
因为管道较长，管线前面的水流速度还是正常的供水流速，而水泵处的水流速度会减小直至为零，因此管线中的水柱会被拉断，产生真空负压；当管道中水柱流速下降，会在自身的重力和负压吸引力的双重作用下产生水柱撞击，形成水锤。
当这种局部压力骤升或突降超过管材、阀门、水泵等设施的承受能力时，就会造成管道爆裂、变形、水泵电机损坏等灾难性事故。
因此，对于长距离输水管线要求必须进行水锤计算分析。
当前，随着水资源短缺和地域分布不均加剧，长距离输水项目建设日益增多，且大多具有距离长、口径大的特点，随着输水距离的增大，沿途地形、地质等也呈日益复杂化趋势。
通过计算机模拟不同工况条件下的的管道压力变化，针对模拟分析结果采取相应的防护措施，确保了供水系统的安全稳定运行。
本文依托某电厂的用水管线，模拟分析了排气阀的设置，水泵的关阀时间，水泵惯量及液压气动罐位置对管线瞬变流动压力波的影响。
长距离大管径平坦地区输水管道水锤防护方案
长距离大管径平坦地区输水管道水锤防护方案长距离大管径平坦地区管道水锤防护的应以管道气囊振荡型水锤防护和断流弥合水锤为主。
以我国东南地区某县供水工程为例，分析了长距离大管径平坦地区输水管道水锤防护方法。
研究结论有望能对同类工程提供参考。
标签：平坦地区；水锤防护；断流弥合水锤1 长距离大管径平坦地区输水管道的气水两相流压力特点平坦地区管道在充水和运行中可能有六种流态，层状流、波状流、段塞流、气团流、泡沫流、环状流。
在管道充水的初始阶段为层状流、波状流。
在充水过程中出现泡沫流、气团流以及环状流。
在管道正常运行期间，管道存气多呈段塞流形态或以大气囊形态。
地形平坦地区的管道中会间隔出现气囊，管径较大时大气囊居多。
经过长期理论和实践研究发现：气囊沿管顶随水流运动，易在管道转弯处、凸起、阀门等处产生聚集，并产生压力振荡，冲击供水管道。
平坦地区大管径管道正常运行压力往往很低。
在突然停泵时，管道极易出现负压，尤其是管道末端更易出现负压注气型水柱中断现象，进而产生断流弥合水锤。
因而，长距离大管径平坦地区输水管道水锤防护的重点是管道气囊振荡型水锤防护和断流弥合水锤。
2 长距离大管径平坦地区输水管道水锤防护案例分析我国东南地区某县供水工程，设计供水水量Q=20×104m3/d，供水管全长约47.0km，供水净扬程范围为15.96～24.06m，采用一级加压供水方式。
取水泵站位于管道头部，机组安装水泵3台，2台工作1台备用，供水量为20×104m3/d，采用水泵单级双吸离心泵，配套为710kW的变频电机。
全程双管埋地敷设，管径2根DN1400，管材全线采用PCCP管，局部段采用钢管、球墨铸铁管，管道进口与供水加压泵站相连。
PCCP管糙率系数一般取值为n=0.011～0.0125。
一般PCCP管最小承压值1.0MPa。
钢管和球墨铸铁管的承压能力高于PCCP管，按最不利条件计算，全线采用承压值为1.0MPa。
长距离输水管线水锤防护措施技术探讨
长距离输水管线水锤防护措施技术探讨摘要：长距离输水管线中水锤防护具有重要的意义，本文介绍了几种常见水锤防护措施，并以张家口云州水库调水工程为例，着重介绍缓冲排气阀和箱式双向调压塔在工程的作用。
关键词：长距离，水锤防护，缓冲排气阀，双向调压塔Abstract: the long distance delivery pipe line water hammer protection has an important meaning, this paper introduces several common water hammer protection measures, and with zhang cloud state water transfer project reservoir as an example, this paper introduces buffer exhaust valve and box pressure regulating tower in the project of the two-way role.Keywords: long distance, water hammer protection, buffer exhaust valve, the double pressure regulating tower1、引言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，对泵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。
长距离多起伏输水管道水锤防护
水利电力科技风2017年*月下D01：10.19392/ki.1671-7341.201718187长距离多起伏输水管道水锤防护庄文建神华准格尔能源集团有限责任公司公用事业公司小沙湾水厂内蒙古鄂尔多斯017000摘要：随着社会的发展，城市化进程在逐步加快，人们的生活水平也越来越高，为了满足社会生活与生产的需要，长距离大型输水工程越来越受到人们的关注。
在长距离输水管线中，多起伏输水管道水锤防护是其中的关键，并且多起伏输水管道水锤防护对于输水工程建设有重要的意义。
本文重点对长距离多起伏输水管道水锤防护作了分析，并且结合输水系统的实际情况与发展特点，提出了一些科学、合理的水锤防护措施，促进输水工程建设的快速发展。
关键词！长距离（多起伏输水管道(水锤防护社会城市化进程的加快，促进了输水工程建设的发展，在输水工程建设中，需要重点关注的就是多起伏输水管道水锤防护问题。
长距离大型输水工程的建设要求是比较高的，在实际操作中会遇到工程爆管问题，为工程建设带来了安全问题。
在输水过程中，长距离有压输水管道中比较容易发生水柱分离与断流弥合水锤现象，对输水管道所造成的损害比较严重。
因此，对于长距离多起伏输水管道水锤防护的研究具有重要意义。
1水锤现象概述1.1水锤的基本概念及分类水锤现象主要指的是由于压力管路中流速的剧烈变化引起动量转换，此时就会在管道中形成一系列急骤地压力交替升降的水力撞击现象。
水锤是一种受流速、加速度、动力压强等因素影响的水力瞬变过程。
水锤现象的产生稳定性不强，并且随着空间位置和时间的变化而变化，没有恒定流动状态。
现在，我国将水锤现象统括称为“菜站管路系统水力过渡过程”，由此可见水锤状态的特点，在从某一稳定状态过渡到另一个稳定状态的过程中，会出现很多不稳定的现象。
水锤的种类有很多，不同的划分角度，有不同的分类。
第一，根据关阀所用的时间与水锤相的关系，可以分为直接水锤与间接水锤。
第二，影响水锤形成的外部条件是不相同的，根据这个划分标准，可以将水锤分为启动水锤、关阀水锤和停菜水锤三种。
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。
PIPENET在常规岛主给水系统水锤分析中的应用
PIPENET在常规岛主给水系统水锤分析中的应用摘要：核电站常规岛主给水系统水锤现象主要出现在阀门快速关闭、泵启停工况，水锤现象会导致较强的压力脉动，如处理不善会导致管道的剧烈振动甚至破裂。
为了较真实地模拟水锤现象，应用PIPENET软件对水锤力进行分析计算，得出了水锤力的影响因素，计算结果对主给水系统设计压力取值具有重要影响。
关键词：常规岛，主给水，水锤，PIPENET，设计压力引言按照《核电厂常规岛汽水管道设计技术规范》[1]，高压给水管道设计压力应取给水泵关闭扬程与给水泵进水压力之和，但一般情况下，常规岛主给水系统设计压力取值均高于规范值，主要考虑阀门快速关闭、泵启停工况引起水锤时的压力波动。
为计算水锤力的大小，采用PIPENET水力计算软件计算水锤力。
1 主给水系统产生水锤的原因主给水系统管线上快关阀门主要有给水隔离阀和给水调节阀，其中给水调节阀关闭时间最短，M310和AP1000堆型给水调节阀关闭时间最多为5s，因此，必须对主给水管道进行瞬态计算，以确定水锤力的大小，瞬态计算工况时应考虑给水调节阀快关和给水泵启停两个因素。
2 水锤力计算的理论基础为求解水锤导致的压力升高问题，需要建立基本方程，基本方程与相应的边界条件联立，用解析方法或数值计算方法求解水锤值。
水锤力的求取需要利用动量方程和连续性方程对管系中给水的压力和流速进行计算。
3 应用PIPENET软件建模以某1000MW级核电机组主给水系统为例建立模型，设定方法如下。
3.1 边界条件在进行瞬态分析前，PIPENET程序需要设定初始稳态工况，在发生给水调节阀突然关闭工况时，机组多数情况下是处于额定功率运行工况，因此初始稳态工况按额定功率运行工况进行设定。
额定功率运行时，该接口处工作压力为74.23 bar.a，每条管线流量为538.7kg/s。
除氧器压力按恒压条件设定，压力值取TMCR热平衡中除氧器处压力，设为9.21bar.a。
核岛与常规岛接口按恒压条件设定，压力值取额定功率运行工况压力，设为74.23 bar.a。
长距离管道输水工程的安全性及水锤危害防护技术
护措施，其做法见表２。 ３．２．３管道受到杂散电流干扰时，应研究安全保护措施 埋设ＰＣＣＰ附近有电气化铁路、高压输电线路、电解工 厂等时应考虑外来直流电流引起的电化学腐蚀。ＰＣＣＰ外 层采用了保护层的管段，保护层增加管道绝缘电阻，可有力 抵制外部流失的电流流入管道产生电化学腐蚀，如果安装电 流连接装置仍能监测到杂散电流时，应采取阴极保护措施。 ＰＯＣＰ的阴极保护机理与钢管不同，若阴极保护不当， 会使管道的预应力钢丝发生氢脆性破坏，加速ＰＣｃＰ的腐蚀 破坏，起到适得其反的负作用。 美国《预应力钢筒混凝土管道的阴极保护》（ＮＡｃＥＲ Ｐ＿一 ０１００一２００４）标准和ＡＷｗＡ《混凝土压力管手册》Ｍ９规定 下述两项准则有效且安全，已普遍被国内外采用。 （１）阴极极化值至少１００ ｍＶ准则：Ｐ（、ＣＰ中被保护的 预应力钢丝应至少阴极极化１００
水溶性硫酸盐含量 ＞５ ０００ｍｇ／Ｌ环境下
二氧 化碳 强酸 条件
水和土壤中侵蚀性 Ｃ０２含量高时 环境为粘性土，ｐＨ＜４时
管道外层砂浆采用隔离层保护 环境为砂性土，ｐＨ＜５时
ＳＩ／ＡｗＷＡ Ｃ３０４与ＣＥＣｓ：２０１１两种规范，管道结构计算成
果经过第三方有设计资质单位验算，证明了上述结论的可 靠性。
Ｐ（、ＣＰ设计、制造验收标准的采用 我国在２０世纪８０年代中期由美国引进Ｐ（、ＣＰ制管技
术和设备，设计采用《预应力钢筒混凝土压力管设计标准》
（ＡＮｓＩ／ＡＷＷＡＣ３０４），产品采用《预应力钢筒混凝土压力
管》（悯／趟ｖｖ吸Ｃ３０１）标准制造。２００２年国内制定中国工程
建设标准化协会标准《给水排水埋地管芯缠丝预应力混凝土管 和预应力钢筒混凝土管管道结构设计规程》（ＣＢ筠１４０：２００２）， 又在２０１１年修定为《给水排水工程埋地预应力混凝土管和预 应力钢筒混凝土管管道结构设计规程》（ＣＢＣＳ １４０：２０１１）。另
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PIPENET软件用于长距离输水工程停泵水锤计算说明
1、水泵设置说明
1.1泵类型说明：停泵水锤计算需要应用TURBO PUMP，如图所示：。
1.2定义TURBO PUMP需要参数如下：
WH（x）、WB（x）即为泵的全特性曲线，即Suter Curve曲线。
该曲线一般厂家提供不了，只能由已有的全特性曲线通过数值拟合的方法得到。
PIPENET 软件提供了EXCEL表格来拟合该曲线。
PIPENET软件提供了国际上通用的三种比转速25、147、261的泵全特性曲线。
应用PIPENET提供的EXCEL表格拟合泵全特性曲线：
第一步：计算泵的比转速
如果泵的比转速接近25或在25一下，则直接选取比转速为25的全特性曲线即可；
在147周围直接选取147的曲线即可；
在261周围或大于261直接选取261曲线；
介于25‐147之间的，用比转速为25和147的曲线拟合得到该泵的全特性曲线；
介于147‐261之间的，用比转速为147和261的曲线拟合得到该泵的全特性曲线。
具体拟合方法请 参考EXCEL文档。
1.3停泵参数设置
泵上节点为信息节点，主要是设置泵的开度变化。
正常运行给定为1，关闭则为0.
该泵停时，将该点设置为1。
在泵的属性部分的Trip time给定一个泵开始停止的时间点，例如从第10秒开始停，则设置为10.
2、阀门定义
带有启闭动作的阀门一律用Operating valve代替，。
2.1 阀门参数定义
PIPENET采用示意性模型建模，不管其是闸阀、蝶阀、球阀等各种类型阀门，只取其与水力计算相关的部分，即阀门的开度—流量特性曲线。
定义阀门一般有两种方法，即流量系数或K值加阀门通径。
2.1.1 如果知道阀门的流量系数曲线，则在数据库选择valves建立阀门，如下图所示：
2.1.2 如果不知道其特性曲线，则采用直接定义的方法，需要定义其开闭方式。
已知阀门开度为1情况下的Cv值，则选用如下方法：
；
如果已知阀门K值及通径，则选取如下方法：
2.1.3 PIPENET V1.7版本，提供了如下几种标准阀门，用户可输入相关参数来直接定义阀门，其K值取自CRANE规范。
2.2 阀门动作定义
阀门上节点为信息节点，用来定义的启闭，1代表完全打开，0代表完全关闭。
其设置如下：
阀门两阶段关闭 阀门20秒线性关闭
3、气蚀（Cavitation）选项
PIPENET软件含有如下三种气蚀计算手段，
应用方法为：
初始计算，可选择No Cavitation，如果计算中出现负压，且最小负压低于流体的气化压力，则选中Vapour cavitation或Channel caVitation重新计算即可。
4、波速定义
PIPENET软件会依照管道参数、管材参数及流体参数自动计算波速。
如果用户想采用自己定义波速，则选中如下即可：
此处选中后，在管道参数位置每条管线均可改变波速。
5、排气阀设置
根据《城镇供水长距离输水管（渠）道工程技术规程【CECS193‐2005】规范及条文说明》，在进排气功能均需要时，排气阀宜取输水管道直径的1/8～1/5。
排气阀进口直径大，出
口阀门直径比较小，为进口的1/8到1/10。
排气阀出口位置需要设置为零流量边界条件。
6、泄压阀设置：
由于是快进慢出式复合进排气阀，会导致较高的正压，干管进口应安装超压泄压阀。
超压泄压阀的工作原理是当阀前压力超过预先整定的某个压力值时，阀门打开，释放部分高压水；当阀前压力降低时，阀门自行关闭。
泄压阀的参数设置包括开启压力、全开压力和全关压力。
阀门直径一般为管道直径的1/4‐1/3。
7、泵后阀门开度设置
设置规则为：倒转倒流时间为准。
首选查看泵的流量变化情况，记下泵流量为零的时间。
则阀门第一阶段关闭时间为泵开始停到流量为零的时间，阀门开度变化为0.2，即关闭百分之八十。
第二阶段为四到八倍的第一阶段时间。
8、软件内设的run‐in time设置大一些，例如100秒。