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摘要：分析高层建筑给水系统中水锤形成的原因，介绍了水锤现象的产生及其危害，提出了避免停泵水锤危害应采取的措施。
关键词：高层建筑；给水系统；水锤；
在压力管流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，也称水击。这时．液体(水)显示出它的惯性和可压缩性。对于建筑给水系统的水锤危害，许多施工人员在实际的施工过程中，忽略了对其进行校验和改进，为日后系统的正常运行留下安全隐患。
在给水系统中安装有离心泵的水泵房中，因开、停水泵、事故断电或其它原因而突然(开阀)开、停水泵，则在给水管道内首先产生压力波动，随后视流速大小爰管路系统情况产生程度。
不同的压力上升，即水锤。水锤的延续时闻虽然短暂。但它会造成严重的工程事故，轻则引起管道振动、水压波动、流量迅间波动较大，影响正常使用、产生水锤噪音、传播到整个管道系统、配件松动。重则爆管漏水、造成供水中断事故、还有带来损坏设备、伤及操作人员等次生灾害。特别是在高层建筑中，由于管网压力较高，危害更大。
在给水系统中, 水锤在小区给水泵房和二次加压泵站常有发生, 给整个给水管网带来危害,轻则引起管道振动,水压波动,流量迅间波动较大,影响正常使用,产生水锤噪音,传 播到整个管道系统,配件松动,重则爆管漏水,造成供水中断事故,还有带来损坏设备,伤及操作人员等次生灾害。 特别是在高层建筑中,由于管网压力较高,危害更大。因而水锤的 防护是整个给水管网正常运行的关键因素,也越来越被人们所重视。
水锤是由于水泵启动、 停止和阀门等的突然关闭, 使水管中流速突然变化, 导致压力下降或升高所引起的水力撞击。当压力降低到管中水的气化压力时,就会引起水柱分离 (断流 ) 现象, 出现断流空腔,并在空腔弥合时产生强烈的撞击升压, 这就是断流弥合水锤,它所形成的高压约为常压的 4~6倍,并且传递很快。这种正负压均具有破坏性的水锤,对水泵和整个管网系统具有很大的破坏性,并且产生很大的水流噪声。
根据阀门等关闭/开启时间 Ts 与水锤波相长 t 的差异,水锤表现为直接水锤和间接水锤两种形式:当 Ts 〈 T 时,在阀门关闭过程中,反射回来的负水锤波未到达阀门时,阀门已关闭。关阀水锤所产生的总压强增高值无负水锤波的干扰作用, 这种水锤称为直接水锤, 当 Ts 〉 T 时,在阀门关闭过程中,反射回来的负水锤波到达阀门时,阀门常未完全关闭,负水锤波导致压强增值受到了干扰 (即降低 ) ,水锤峰值被削减,这种水锤称为间接水锤。在同一条件下,直接水锤比间接水锤的危害性要大,危害最大的是断流弥合水锤。
1、水锤防护措施
1.1采用恒压控制技术
对水泵机组进行变频调速控制，对整个供水泵系统操作实行自动控制。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆供水管网压力随着工况的变化而不断变化，机泵工频运行时经常出现低压或超压现象，容易产生水锤，导致对管道和设备的破坏，采用PLC自动控制系统，通过对管网压力的检测，反馈控制水泵的开、停和转速调节，控制流量，进而使压力维持一定水平，可以通过控制微机设定机泵供水压力，保持恒压供水，避免了过大的压力波动，使产生水锤的概率减小。
1.2采用泄压保护技术
1.2.1气压罐：它利用气体体积与压力的特定定律工作。随着管路中的压力变化气压罐向管道补水或吸收管路中的过高压力。
1.2.2水锤消除器：该设备主要防止停泵水锤，一般安装在水泵出口管道附近，利用管道本身的压力为动力来实现低压自动动作，即当管道中的压力低于设定保护值时，排水口会自动打开放水泄压，以平衡局部管道的压力，防止水锤对设备和管道的冲击，消除器一般可分为机械式和液压式两种，机械式消除器动作后由人工恢复，液压式消除器可自动复位。
1.2.3泄压保护阀：该设备安装在管道的任何位置，和水锤消除器工作原理一样，只是设定的动作压力是高压，当管路中压力高于设定保护值时，排水口会自动打开泄压。
2、采用控制流速技术
2.1在建筑给水设计中，为防止或减小管中水锤及水流噪声的发生，管道流速宜采用规定范围中、下限值，DN≯40mm时，采用V＝0.6-1.0m／s，DN〉40mm时，采用V＝1.0-1.2m／s为宜。
2.2采用水力控制阀，一种采用液压装置控制开关的阀门，一般安装于水泵出口，该阀利用机泵出口与管网的压力差实现自动启闭，阀门上一般装有活塞缸或膜片室控制阀板启闭速度，通过缓闭来减小停泵水锤冲击，从而有效消除水锤。
2.3采用快闭式止回阀，该阀结构是在快闭阀板前采用导流结构，停泵时，阀板同时关闭，依靠快闭阀板支撑住回流水柱，使其没有冲击位移，从而避免产生停泵水锤。
2.4在管路中各峰点安装可靠的排气阀：对供水装置的泵房实施自动控制、变频恒压改造，并配套在机泵出口安装水力控制阀(或快闭式止回阀)，在管网各主干管上安装水锤消除器和泄压阀，在各管道波峰点安装自动排气阀。
在管网系统安装中，采用柔性接口(铝接口、橡胶圈接口)采用减振吊架、支架等来减小水锤对管网的破坏。在水泵进出水管上加设软接头，并对水泵基础进行防振处理等措施。阀门缓慢地关闭和开启，可减小输水干管中流速的变化率――梯度，从而减小水锤压力的升高和降低。为此，可选用(对较重要的泵系统，必须进行计算机动态模拟和方案比较)两阶段关闭的可控阀(如蝶阀)或各种形式的缓闭止回阀。 对于高层建筑给水系统,通常从以下几个方面来考虑减轻水锤危害: ①选用转动惯量较大的水泵; ②水泵软启动与软停泵; ③水泵出口选用缓闭止回阀; ④设置气压罐。
3、水泵转动惯量
水泵的转动惯量可以影响水泵转速的增加和降低。转动惯量越大,水泵从停泵到停止转动所花的时间就越长。较高转动惯量的水泵能够更好地控制水锤的发生,因为它可以使水更长时间流过水泵,从而减缓水泵的减速过程。这一特性能够减缓水锤的产生,降低最大水锤压力。可见水锤压力随着水泵转动惯量的增大而减小。
水泵软启动与软停泵水泵在正常运行时的启动和停止过程如果过快,会使管道中产生瞬变流,引起较大的水锤压力。除非停电,否则应该采用不同的技术使通过水泵的流量变化尽量缓慢。如采用水泵软启动装置或变频设备来最大限度降低水锤压力。在对水泵机组进行变频调速控制时,供水管网压力随工况的变化而不断变化,水泵工频运行时经常出现低压或超压现象,容易产生水锤。通过对管网压力的检测,反馈，并控制水泵的开、停和转速调节,控制流量,进而使压力维持一定水平,可以通过控制微机设定水泵供水压力,保持恒压供水,避免过大的压力波动,使产生水锤的概率减小。
缓闭止回阀快关止回阀是水锤压力的主要来源之一。由于停泵后,水流速度迅速降低直至产生反向流量,止回阀快速关闭,使倒流水柱与止回阀发生猛烈撞击,产生水锤压力。缓闭止回阀可以减缓管道中水流的变化,从而降低水锤压力。
气压水罐能够在管道系统压力升高时将系统中的水放出,压力降低时向系统中注水。气压水罐一般设置在水泵出口处,水罐上部为压缩空气,下部分是水。当水泵停止运行时,管道压力降低,气压水罐中的压缩空气膨胀,将罐中的水压入管道中,而当水锤压力生成时,管道压力升高,气压水罐中的气体被压缩,管道中的水进入到气压水罐中,这样,气压水罐就起到了很好的压力缓冲作用,有效地降低水锤压力。
参考文献：
[1]《动力管道设计手册》编写组编《动力管道设计手册》机械工业出版社2006，4第一版
论文作者:杨婕
论文发表刊物:《防护工程》2019年12期
论文发表时间:2019/9/5
标签：水泵论文; 压力论文; 管网论文; 管道论文; 止回阀论文; 系统论文; 水罐论文; 《防护工程》2019年12期论文;