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技术论文

认识水锤特性 保障供水安全

作者:黄伟泓、吴淑洁 来源:广东水协网 发布时间:2019-08-13 点击数: 字号:【

  在供水管道工程安装完毕后,我们都会进行管道的试运行,看看管路是否存在问题。当在停泵或者关阀时,管内会出现噪音。有时噪音较小,从外观上看只有小幅度震动;有时噪音较大,从外观上看有大幅度震动,甚至管道破损。这种现象是由什么原因造成的呢?我们称之为“水锤”。

  什么是水锤?在密闭管路系统内,水体流量发生急剧变化而引起较大的压力波动并造成振动,便形成了“水锤”。水锤分为正水锤和负水锤,正水锤是当打开的阀门突然关闭,水流撞击阀门产生一个撞击压力,而后续水流在惯性的作用下持续撞击产生叠加压力;负水锤是关闭的阀门在突然打开或给水泵启动后,前面的水体已经流动,而后面的水体还未跟上前面的水体时产生的负压力。

  举例说明,我们把一单位长度的水体比作一辆汽车,流速比作汽车的车速,阀门比作路上的一堵墙。正水锤就是当路上有连续、车距近乎零的汽车在行驶,第一辆汽车突然撞到墙上,而后续的车辆发生连续追尾事件。负水锤就是当路上有连续、车距近乎零的汽车被一堵墙挡住去路,当墙体被移除后,每一辆车陆续起步导致车距不再为零,此车距如换作发生在密闭的管道中就会产生一种真空的负压力。
水锤的量化分析。正水锤的压力与水当时的动量有关,符合冲量定理:

  但由于水体拥有一定压缩性,对压力有一定的缓解能力,公式中水的质量m不一定等于整段管长L的水的质量。如果忽略管长对水锤压力的影响,可以用系数α来代替,则水锤压力公式为:

  从公式可以看出,管径、流速越大的管道,关闭阀门时产生的水锤压力越大,阀门的关闭时间越短,产生的水锤压力越大。

  负水锤压力远小于正水锤压力,管道和管件所承受的压力以正水锤为主。

  水锤的破坏性。正水锤有两种作用力,一种是直接作用在阀门上的压力,另一种是管道后续水体的叠加力。后续水体的叠加力在直线管道中会叠加直接作用在阀门上的压力,在管道弯头位置会叠加对弯头水流方向的力,弯头弯度越大叠加的压力越大。就如举例中的汽车追尾情况,如果是在直线道路上追尾会叠加对墙体的撞击力,而在弯道上追尾就会把汽车撞离道路。如果直接作用在阀门上的压力过大,会导致出现阀板变形、法兰断裂或者管道变形等情况;如果叠加在弯头的压力过大,会导致出现管道弯头脱离原位、承插式安装的管道橡胶圈脱出等情况。负水锤则会产生真空负压力,如果负压较大会使柔性管道瘪塌、刚性管道破裂。

  那么,要如何降低水锤的危害呢?例如在水泵调试中,管径是固定的,流速是由用水需求决定的,而阀门的关闭时间是可以人为控制的,延长阀门的关闭时间就是降低水锤危害最简便的方法。因此,在平常管道安装完毕后,应先围绕理论计算进行调试,确定关阀时间限值,并在确保不小于限值的情况下进行安全技术操作,保障供水安全。

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编辑:林桂全