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摘要：近年来，社会经济在快速发展的同时，城市化进程的步伐逐渐加快，基础建设规模不断扩大，其中供水工程对城市的现代化建设与发展有着重要的意义。而供水工程输水管道水锤问题时有发生，对人们的生产活动以及生活造成了严重的影响，必须要引起相关部门的高度重视。当前供水管网扩容工程管材主要是钢管，整个输水管道线路比较长，在管道上设置了大量的排气阀，针对输水管道的实际布置状况，文章从不同环节以及模拟工况进行了分析论述。数据结果显示，采取必要的预防措施之后，水管道水锤管线无负压，个别部位负压也非常低，不会导致出现水柱拉断的状况，且管线水锤压力通常都比管线试验压力要小很多。文章通过模拟工况对城市供水工程输水管道水锤压力问题进行了分析，并进一步提出水锤预防措施，希望可以为相关从业人员提供些许借鉴。
关键词：城市供水工程；输水管道；水锤压力；预防措施
前言
城市供水工程系统作为城市发展过程中极为重要的组成部分，其重要性不言而喻，随着社会不断的进步，供水输水管道数量也在不断增加，输水管道在实际运行过程中，时常会发生管道水锤的情况。水锤也被称之为水击，水在实际输送过程中，因为阀门有时候会突然间开启以及管壁，导致水泵无法正常工作，突然间停车，导致水流流速瞬间发生变化，同一时间，压强会突然间发生改变，产生较大幅度的波动。对于距离比较长的供水工程应当针对实际情况，对管路系统还应当进行水锤综合防护计算，针对输水管道的管径、纵向、功能、水量等要求，进一步明确空气阀的口径、型式以及具体数量。
1.城市供水工程输水管道水锤防护的重要意义
城市供水工程输水管道在实际建设与铺设过程中，很容易会出现局部凸起的情况，一旦出现事故导致停泵，这样会导致凸起未知的水体逐渐汽化，从而导致机械以及管道受到气蚀，从而导致出现“水柱分离”的情况，当被分离开的水柱逐渐弥合在一起时，便会形成水锤，水锤会造成管道压力大幅度上升，从而造成输水管道爆管的情况，管道以及泵站周边相关建筑物会受到严重的损坏，并且会严重威胁到周边人民的生命财产安全，影响供水工程的正常稳定运行。所以，在水锤防护设计工作当中，针对实际情况，适当增加相应的调压措施，针对水利过渡情况及计算结果，科学合理的设置调压设施以及补水装置，让其能够最大程度上直接、有效的避免水柱分离情况的产生以及造成的严重破坏。通过对水泵端水头平衡、水泵曲线、泵出口闸阀压力、水泵端条件的具体影响进行计算，并采用多种方式进行计算以及逻辑推理，对水锤防护的具体应用效果进行全面预测和判断，并且确定联合防护效果最佳的方式。
2.管道水锤防护的具体布置
在进行输水管道布置过程中，必须要严格按照相关规定要求以及设计规范进行，管线设置应当是在最低压破线之下，在不利环境条件下，一旦出现相关事故，管道当中最小水锤压力之间的连线。管道设计过程中，如果可存在一定负压，负压值应当严格控制在-5--7m之上，不会导致出现液柱分离的情况。对于沿线管道缓坡直行，且起伏变化不大的环境，要针对输水系统管线布置的具体情况，计算出不同位置水柱分离的体积状况，并在沿线设置相应的排气补气阀[1]。
3.城市供水工程输水管道水锤发生的具体原因及分类
3.1水锤出现的原因
（1）在启动泵或者停止的情况下，阀门突然起闭、水泵转速改变、角度流量调节，特别是在非常迅速的操作状况下，水流的速度也会快速发生急剧变化。
（2）因为相关事故导致停泵，在实际运行过程中的水泵如果突然发生动力中断的情况，从而导致出现停泵现象。比较常见的故障主要是系统自身故障、误操作以及遭到雷击等现象导致突然间停泵。
3.2水锤破坏的具体表现形式
（1）首先是因为水锤压力突然间增高，幅度变化过大，从而造成水泵、阀门、管道等相关部位被破坏，其次，水锤的压力如果过低，管道自身也会失去稳定性，从而遭到破坏。
（2）水泵转速如果突然间过高以及水泵机组临界转速逐渐重合，在突然之间停止，或者电动机再次进行起动，电动机转子发生变形，水泵机组也会出现剧烈的振动，其连接轴也会发生断裂。
（3）水泵的倒流量如果过大，将会导致管网的压力逐渐下降，水量也会慢慢减少，从而对正常供水造成一定的影响。
3.3水锤的具体分类
（1）水锤的具体原因主要是：启动泵水锤、开关阀水锤以及停泵水锤。
（2）针对水锤出现时，管道水流的实际状态可分为以下类型：即出现水柱中断以及不出现水柱中断两种类型，而后者的水锤压力值通常情况下不会大于水泵额定扬程，这便是正常水泵，如果水柱再次弥合，水锤的压力也会快速上升，这也是导致出现水锤事故的重要因素。水柱中断主要指的是出现水锤时，管道当中的压力过低，导致水出现气化压力从而出现。
4.输水管道水锤的具体防护措施
4.1沿线管道纵向设计水锤防护
通常情况下，只要是通过压力方式进行输水的管道都可能会出现水锤，如果输水工程输送距离过长，且流速也会经常发生变化，当管道当中水流速度快速发生变化的情况下，便会导致管道当中的水压力升高或者是降低，压力如果比气化压力低的情况下，水柱便会出现拉断，水流弥合的情况下也会产生比较猛烈的撞击，导致管道当中的水压升高，这个时候便会逐渐形成弥合水锤，在实验过程中当中，可观测是工作压力的2-4倍，所以，对输水安全性整体危害是非常大的。
输水管道在实际运行过程中，其实是水气相流，所以，对于长距离输水管道设计，应当针对输水管道的具体纵向布置状况，对不同情况下水流动状态进行计算，选择恰当的位置布置排气阀。管线水平段，排气问题也非常的突出，所以，在设计工作中，通常设置坡度不大，并设置排气阀，在600-1000m的地方设置一处。其次，排气阀选择也是非常重要的，管道在实际运行过程中，水的实际运行状态是非常复杂的。由于水流状态的复杂性，也导致排气比较困难，因此，不仅要确定排气阀的具体数量、位置，还应当充分重视排气阀的具体种类和性能。长距离输水工程设计过程中，应当综合考虑安全、经济、合理的水锤防护方法，整体效果也比较好，但是不能全部的去除掉，所以，管道结构设计也应当充分考虑到这一点[2]。
4.2停泵水锤防护措施
停泵水锤很可能会造成泵与输水系统之间出现严重的事故，如设备以及管道出现破裂，造成泵房被淹没，输水管道出现破裂也会造成房屋出现渍水，所以，一定要针对实际情况，采取相应的措施，及时消除停泵水锤压力[3]。
（1）首先，可以降低管线的实际流速，这样能够有效降低水锤的压力，同时也会增加输水管的管径，导致工程投资增加。
（2）输水管线在设计与布置过程中，应当最大程度是哪个避免出现比较陡以及坡度出现剧变的情况。
（3）通过相应的模拟措施，可采用转动惯量相对比较大的水泵机组，并增加具有惯性的飞轮，这样也能够有效降低水锤值。
（4）可适当设置水锤消除装置：首先，可在调压室设置，调压室是钢筋混凝土水箱，其次，还可以在气压罐当中应用，管路压力在发生变化的同时，气压罐向管道补水压力也比较高。水锤消除器能够最大程度上消除不同流体在传输系统可能会出现的不规则水击波震荡，这样也能够消除冲击波，从而达到保护的目的[4]。
5.输水管道静态水力分析
茂名市河东水厂供水管网扩容工程供水能力大约为10万m³/d，管材属于DN1220钢管，总长为4.2km。在输水管道上设置了多个排气阀。管道内径大约为1200mm。泵房系统当中的工作压力在1-1.5Mpa，工作压力为0.6Mpa，出厂管压力为0.38Mpa。
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表1 调速水泵特性表
从图中能够看出，设计流量水泵转速满足要求，针对水力计算水泵扬程受制高点控制，工况点无法右移，水库水位上升的时候，可适当调低水泵转速，调速范围大约在85%-95%之间[5]。
6.水锤模拟分析
水锤预防措施主要为：每台泵出口设置止回蝶阀，泵站出口总管上方设置预放阀，输水管道设置排气阀。
根据泵最低水位水利条件，管道系统当中如果出现异常状况，如掉泵、关闸等，其内部压力和流量会快速发生变化，产生极大的压力波，且发生传播，导致出现不稳定流，压力和流量间变化和压力波具体传输方式有一定关系，可建立关系式进行模拟，并编制软件。
设定条件：采用DN600液控止回阀，缓闭延迟了大约60s，止回阀在10s之内开启，逐渐到达500s全开，水泵启动5s后掉泵[6-7]。
7.结果分析
在模拟工况发生水锤时，管线无负压，个别环节有，但实际负压非常低，不会导致出现水柱拉断的情况。且管线正水锤压力显著小于试验压力。针对输水管道的具体布置状况，对水锤与停泵水击进行综合分析，可通过提前设定，从而逐步实现缓闭液控止回蝶阀，从而达到消除水击的作用。在泵出口总管设置水击预防阀，能够有效消除负压与正压水击，在输水管道上设置排气阀能够减少断流以及停泵水击，管线正水锤压力也会明显小于试验压力。
参考文献：
[1]孟宪锋，王瑞慧，卢书红，等.输水管道工程水锤现象分析及防护设计[J].居业，2017，23（2）：69-72.
[2]孟丽芳，张晓武，李军.长距离输水管道水锤防治措施的研究与运用[J].包钢科技，2018，11（03）：37-39.
[3]叶青旺，张莉晖.长距离输水管道水锤现场测试及防止措施探讨[J].城镇供水，2018，000（002）：58-65.
[4]冉渔，李博.宁东供水工程输水管道水锤防护措施应用效果分析[J].中国水利，2018，11（10）：37-39.
[5]党力群.BQ供水工程自压输水管道水锤防护措施浅析[J].陕西水利，2017（06）：64-65.
[6]高学贞.长距离较平坦输水管道采用箱式双向调压塔等防护措施的研究[D].长安大学，2018.11（10）22-23
[7]王栋.大高差长距离重力输水管道水锤防护技术研究[D].长安大学，2017.11（10）11-12