陕西省宝鸡市千阳县崔家头供水管理站 721100
摘要：在水泵运行中水锤对其影响很大，水锤现象延续时间虽然短暂，但它会造成严重的工程事故，许多泵站因水锤而遭受不同程度地破坏，研究水泵水锤的发生机理和预防方法，就显得尤为重要。
关键词：泵站水泵 水锤 预防方案 优化对比
1、水泵水锤现象对泵站运行的影响。由于水泵在运行初期，由于操作人员对水泵水锤现象不太了解，水泵水锤使得管道中压力急剧增大至超过正常压力的几倍甚至十几倍，压强过高，引起管道强烈振动，致使管道接头断开，破坏阀门，严重的时候会造成管道爆管。而有时由于其产生的压强过低又会导致输水管道瘪塌，一定程度地损坏阀门和固定件，致使管道沿途房屋渍水，供水管网压力降低。同时由于水锤的产生，引起水泵反转，破坏泵房内设备或管道，严重时会造成泵房淹没，致使水泵在灌溉期间进行检修停机，影响了抗旱灌溉，所以说研究水泵水锤现象、机理和预防方案显得十分必要而又迫切。
2、水泵水锤形成的原理。水泵在运行过程中，因停电或意外原因停机时，管道内的水体压力实然变化的物理现象称为水锤，水锤是非常短暂的，但危害性极大。其具体产生过程是：闸阀瞬时关闭，贴近闸阀的水体速度由V0变为零，这一冲击波以速度a传至出水口，期间水体的动能全部变为水体和管体所需之功，管内的水体压力增量使水体压缩管壁膨胀，直至水体全部静止，这种压强，从开始接近逆止阀而后逐渐向上交替波动，形成水锤。管道越长，瞬时关闭闸阀发生的水锤的可能性越大。离心泵在泵出口安有逆止阀，而逆止阀关闭时带有瞬时性，水锤破坏出水管现象时有发生，对高拨程长管路的离心泵，则安装分段式蝶阀替代逆止阀，用以增大闸阀关闭时间和分段式关阀蝶阀的角度，成为高扬程离心泵用以消除水锤的关键措施。所以说研究分段式蝶阀在水流和自重作用下，快关和慢关时间和角度，用以减小水体倒泄压力和阀片对阀体撞击，有效遏制管道内压力上升，成为南乌牛泵站解决泵体水锤现象首要解决的技术课题。
3、水锤防护方案的对比。从理论上讲，防止水锤升压有三种途径，一是排净管道气体，保证任何状态下都不产生气囊运动型断流弥合水锤。二是用气压罐及其同样类型的稳压吸压装置直接吸纳或消灭水锤升压波。三是用双向调压塔吸收升压波。方式一通过采用性能良好的恒速缓冲排气阀实现正常排气。方式二造价甚高而在工程上难于应用。目前的情况是气压罐在国外的工程上应用较多，国内工程应用较少。方式三是将管道内的压力降到规定范围内。从安全和经济方面考虑，即在水泵出口处安装箱式双向调压塔，指定桩号处安装缓冲排气阀，保证管路安全运行，这是一种兼具注水与泄（排）水缓冲式的水锤防护设备，克服了上述现有技术的不足，其结构设计合理，工程造价低。其主要设置目的是：防止压力输水干管中产生负压，一旦管道中压力降低，调压塔迅速向管道补水，以防止管道中产生负压。当管路中水锤压力升高时，它允许高压水流进入调压塔中，从而起到缓冲水锤升压的作用。由于双向调压塔的防护效果良好，它在所有水锤防护措施中被称为最可靠的方法之一。然而，双向调压塔在工程应用中也存在一个致命的缺点，即其高度必须高于等于其设置处管道的最高水压线。
如果管道压力很高，最需要设置双向调压塔，但此时水压线很高，故双向调压塔也很高，常高达几十米甚至数百米，所以说要根据高点排气的原理以及工程经验，在水泵出口处安装箱式双向调压塔，原有的缓冲排气阀安装位置不变，根据水锤程序计算，最终比较出最优方案。
4、水锤防护方案的优化对比。研究水泵水锤现象主要是分析停泵时操作方案，在模拟水泵事故断电情况下，缓闭蝶阀以不同的规律关闭，然后分析管道中出现的最大压力和水泵倒转规律。缓闭蝶阀按快慢二阶段进行，即第一阶段阀门快关75度，剩余15度，其后慢关完成。于是研究关闭时间就成为方案优化对比的关键。
4.1快关2秒，慢关4秒。这时管道中出现的最大压力为143m，位于缓闭阀后处，水泵无倒转，但出现倒流。最大倒流量约在水泵额定流量的0.8 倍。
4.2快关2秒，慢关6秒。管道中出现的最大压力为118m，位于缓闭阀后处。管道在停泵后无负压出现。水泵最大倒转为额定转速的0.41倍，在停泵后的7.19s出现。最大倒流量为额定流量的0.88倍。停泵后4.6秒出现。
4.3快关2秒，慢关8秒.管道中出现的最大压力为118.1m，位于缓闭阀后处。管道在停泵后无负压出现。水泵最大倒转为额定转速的0.41倍，在停泵后的7.59s出现。最大倒流量为额定流量的0.90倍，停泵后4.9秒出现，与上一工况相比，参数较为接近。
4.4快关3秒，慢关6秒.管道中出现的最大压力为125.3m，位于缓闭阀后处。管道在停泵后无负压出现。水泵最大倒转为额定转速的0.66倍，在停泵后的8.16s出现。最大倒流量为额定流量的0.98倍，停泵后5.17秒出现。
4.5快关3秒，慢关8秒.管道中出现的最大压力为105.6m，位于缓闭阀后处。管道在停泵后无负压出现。水泵最大倒转为额定转速的0.85倍，在停泵后的9.2s出现。最大倒流量为额定流量的1.01倍，停泵后5.4秒出现。
5、水锤预防方案数据分析。通过以上分析，当关阀采用第一阶段快关2~3秒，慢关6~8的方式进行时，管道出现的最大压力小于120m，水泵的最大倒转速为额定转速的0.66倍。对于系统的设计是合适的；当采用第一阶段快关2秒，慢关4秒的方案，水泵虽然无倒转，但最高升压可达143m如采用此关阀方式，刚管道壁厚需增加，关阀时间小于此工况关阀时间的方案均不推荐。当关阀采用快关3秒，慢关8秒的方案时，管道压力仍在105m以上，即再延长关阀时间对降低管道升压影响不大，但却会增加水泵的倒转及倒流。故关阀历时长于此工况关阀时间的工况均不推荐；在各种关阀工况下，管道的最低包络线均高于管道高程，故管道在停泵后虽有压力波动，但不会出现负压。管道的设计不需要防负压保护的措施。
6、结论.综合以上分析，结合南乌牛二级几次泵站事故停电水锤分析及实践，在水泵管理运行中推荐关阀历时在第一阶段2~3秒，关闭角度为75°，第二阶段10秒内结束，关闭角度15°，管道及泵房内阀门等设备压力等级可选用1.6MPa等级。经过此种方案运行，南乌牛泵站水泵无一例因水锤现象发生水泵损坏，有效地保证了泵站灌溉效益地发挥。