在壓力管道中，由于水流流速因某些原因突然變化，引起水流動量的急劇變化，進而在管道中産生一個相應的沖量，使水流壓力急劇上升或降低的現象，成為水錘或水力過渡現象（又叫水擊）。水流是具有慣性的，在泵站中，當水泵突然啟動、停止或為調節流量而啟用閥門，都将使水流速度發生變化而産生慣性力，慣性力的大小等于水流質量m與加速度 的乘機，方向與加速度方向相反。在出水管路中，這個慣性力就表現為水錘壓力。泵站水錘有啟動水錘、關閥水錘和停泵水錘。一般情況下，啟動水錘壓力不大，隻是當管内空氣不能及時排出而被壓縮才會加劇水流的壓力變化。關閥水錘在正常操作時不會引起較大的壓力波動。最危險的是由于突然停電或誤操作造成的事故停泵所産生的停泵水錘，此種情況下的水錘壓力較大，有時可達正常壓力的數倍，将會對泵站造成很大的破壞性事故。因此，在泵站及其壓力管道的設計時，通常将防護停泵水錘事故作為主要防護手段。

在泵站工程中往往由于規劃設計考慮不周或不合理的運行操作，導緻水錘事故，使水泵出水管道、閥門遭到破壞，甚至使泵房被淹，供水中斷，造成重大損失；或者，因擔心水錘事故發生盲目地套用不恰當的防護措施，這不僅造成工程上的浪費，甚至得到相反的技術後果。因此，如何準确而周到的選定安全可靠、經濟适用的停泵水錘及其防護措施及其設備，自然是泵站管路系統設計的首要任務。

1合理布置管線

布置管線時，應盡可能地使管道縱斷面平順的上升而不形成駝峰凸部，或采用先緩後陡的形式。如果由水泵出口開始先陡後緩，則停泵過程中壓力下降有可能在管道的凸部的拐點處引起降壓過大；當其壓力小于水的汽化壓力并持續一定的時間，則将可能産生“水柱分離”現象；倘若能夠将管線的布置形式改變成先緩後陡的布置形式，則可避免或減緩降壓過程中産生負壓。

管線的布置形式是按照地形确定的，變更管線的布置形式不是所有的場合都能做到的。如果增加挖方量不大，或者可以選擇另外的站址，則應進行多種布置方案的經濟比較。

2降低管中流速

管中流速降低後，水流的慣性相應減小，管道特性常數 減小，從而降低水錘升壓和降壓。但是，加大管徑，則可能增加工程造價，因而管徑主要取決于減小管道摩擦損失和經濟性。結合水錘防護，在設計泵和計算管徑時，應進行綜合考慮。在某些特殊場合下，為了避免用昂貴的水錘設備，采取增大管徑的措施也可能是經濟的。

3降低水錘波傳播速度

水錘波速度減小，管道特性常數 也減小，水錘往返管道依次所需的時間增大，也可起到減小水錘壓力變化的作用。在設計管道時，若選擇水錘波傳播速度小的管材，在不影響管道強度的條件下，可适當減小管壁厚度；在特殊條件下，向管道中适量地補充空氣，或采用橢圓形截面管道等，都可以起到減小水錘波傳播速度的作用。但一般而言，水錘波傳播速度的變化範圍是有限的，在實際工程，對防護水錘的作用很小，有時隻在實驗室進行有關模型實驗。

4合理選擇閥門形式，延長閥門啟閉時間

閥門的形式不同，在不同開度情況下的損失系數也不相同。在相同的關閥條件下，全閉點附近特性變化比較均勻的閥門（如蝶閥、針閥等），其壓力上升較小。普通逆止閥在關閥時産生很高的升壓，應盡可能地少采用或不采用。對于高揚程、大流量、長管道的泵站系統，為了防止水流倒洩和水泵機組反轉，而又不産生過高的水錘升壓，則可采用各種形式的緩閉式逆止閥或兩階段關閉的可控閥，并合理地進行調節計算，有效地控制關閉過程。

閥門慢慢的開啟和關閉，可減小流速的變化率，因此，可減小水錘壓力的升高和降低；但關閉的時間還受水泵的運行條件及閥門驅動機構等條件的限制，一般應綜合考慮。

5調壓塔—雙向調壓塔

對于輸水幹管而言，雙向調壓塔是一種兼具注水和洩水緩沖式的水錘防護設備，其主要設置目的是：防止壓力輸水幹管中産生負壓。當管路中水錘壓力升高時，它允許高壓水流進入調壓塔中，從而起到緩沖水錘升壓的作用。

雙向調壓塔其構造為一開口的水池——大水柱，裝設于輸水幹管上易于發生水柱分離的高點或折點處，而且該處水頭線超出地面不高。當發生突然事故停泵時，它能向管路中補充水，以防止水柱分離，可有效的消減斷流彌合水錘升壓。

雙向調壓塔有溢流式和非溢流式兩種。溢流式的溢流堰口标高可略高于水泵的正常水壓。當管路中壓力升高時，水自塔頂溢流以維持壓力不再升高。

在泵站附近或管道的适當位置修建，雙向調壓塔的水面高度應高于輸水管道終點接收水池的水面高度并考慮沿管道的水頭損失。調壓塔将随着管路中的壓力變化向管道補水或洩掉管路中的過高壓力，從而有效地避免或降低水錘壓力。這種方式工作安全可靠，但其應用受到泵站壓力和周邊地形的限制。

6 防止啟泵水錘

1、排除管道空氣，使管道充滿水後再開啟水泵。凡是長距離輸水管道的隆起處各點應設置自動排氣閥或設置充水設施。

2、當水泵必須在空管啟動時，可采用分階段開閥啟泵方式。

⑴先将水泵出口閥門打開15%—30%（蝶閥可先開150—300），管道上其餘閥門全部開啟。

⑵然後啟動水泵。

⑶待管道充滿水後再将水泵出水口閥門全開或開到所需的角度。

7單向調壓塔和單向調壓池

在泵站附近或管道的适當位置修建，單向調壓塔的高度低于該處的管道壓力。當管道内壓力低于塔内水位時，調壓塔向管道補水，防止水柱拉斷，避免彌合水錘。但其對停泵水錘以外的水錘如關閥水錘的降壓作用有限。此外單向調壓塔采用的單向閥的性能要絕對可靠，一旦該閥門失靈，可能導緻發生較大的水錘。單向調壓塔應當設置于輸水幹線上易于産生負壓和水柱分離的諸主要特意點處（如主要峰點、膝部折點、駝峰及魚背等處）。它的主要組成部分是：體積不是很大的水箱或容器、帶有普通止回閥的向主幹管中注水的注水管以及向調壓塔容器中充水的滿水管。單向調壓塔又稱為低位調壓塔，其箱中設計水位不需要達到水泵正常工作時的水力坡度線；與雙向調壓塔相比，其水箱（容器）的安裝高度可以大大地降低，而水箱的容積隻要滿足設計要求即可，也不很大，具有很高的經濟性，因此在在停泵水錘危害綜合防護中得到了廣泛地應用。

8注空氣（緩沖）用閥

“注空氣（緩沖）”是指停泵水錘過程中，當管路上某特異點（如駝峰、膝部或峰頂等）處的壓強低于當地大氣壓強時，大氣中的空氣經過特制的注氣閥被吸入管路内，從而防止了真空的進一步提高。當回沖水流及升壓波返回時，即空腔體積開始縮小時，閥門自動關死，腔中空氣受到一定的壓縮并使回沖流速減小——起到了空氣墊的作用，從而對斷流空腔彌合水錘的升壓起到緩沖和降低的作用。由此可見，“注空氣（緩沖）”是一項消減水柱分離危害的很有效的技術措施，而它使用的設備就是注空氣（緩沖）用閥。

注空氣（緩沖）用閥實質上是一種隻進氣不排氣的閥門，頗類似空氣止回閥（逆止閥），西方稱作真空釋放閥或真空破壞閥；前蘇聯則稱為防真空（通氣）閥或充氣閥。

9空氣罐

空氣罐是一種内部充有一定量壓縮空氣的金屬水罐裝置。它直接安裝在水泵出口附近的管路上。其消除停泵水錘升降壓的原理是，當發生水錘管内壓力升高時，原壓縮的空氣被再度壓縮，起到氣墊消能作用；而當管内由于突然停泵壓力陡降，甚至可能發生水柱分離時，又可利用壓縮空氣膨脹向管中注水，因而有效地消減了停泵水錘的危害。

國内使用經驗不多，在國外（英國）使用較廣泛。它利用氣體體積與壓力的特定定律工作。随着管路中的壓力變化氣壓罐向管道補水或吸收管路中的過高壓力，其作用與雙向調壓塔類似。

空氣（壓力）罐通常适用于設備流量較小，楊程較高，控制壓力變化範圍較廣的情況。

10停泵水錘消除器

水錘消除器能在無需阻止流體流動的情況下，有效地消除各類流體在傳輸系統可能産生的水外錘和浪湧發生的不規則水擊波震蕩，從而達到消除具有破壞性的沖擊波，起到保護之目的。

水錘消除器的内部有一密閉的容氣腔，下端為一活塞，當沖擊波傳入水錘消除器時，水擊波作用于活塞上，活塞将往容氣腔方向運動。活塞運動的行程與容氣腔内的氣體壓力、水擊波大小有關，活塞在一定壓力的氣體和不規則水擊雙重作用下，做上下運動，形成一個動态的平衡，這樣就有效地消除了不規則的水擊波震蕩。

停泵水錘消除器可分為下開式停泵水錘消除器、自動複位下開式水錘消除器、自閉式水錘消除器。80年代以前曾經廣為采用。它安裝于止回閥附近，管道中的水錘壓力通過開啟的水錘消除器洩掉。某些水錘消除器無自動複位功能，容易因誤操作導緻發生水錘。

11蓄能式液控緩閉蝶閥

蓄能式液控緩閉止回蝶閥應用在水泵出口，兼有閘閥和止回閥的功能，是一種能按預先調定好的程序，分開關和緩閉兩階段的動作來防止水泵倒轉、消除水錘對管網破壞的理想設備。主要由閥體、蝶闆、閥軸、閥體密封圈、液壓站、電氣櫃等組成。兩階段關閉蝶閥，是國内外近20年研制出來的一種比較新型的特殊的出水閥門。該閥除具有普通蝶閥所具有的優點外，還能消除（一般）水錘危害和節能。

兩階段關閉的蝶閥在運作上要求：在水泵啟動時，能夠先慢後快的自行開啟；在事故突然停泵時，能夠自動的先快關至某一角度，餘下的角度則以相當慢的速度關完。這樣，無論在正常啟閉水泵過程，或在突然斷電後的水利過渡過程中，它能消除水錘危害，又不緻使大量水倒洩并使機組長期反轉。由此可見，該閥在功能上，既具有水泵出口操作閥門的作用，又有止回閥和水錘防護設備的作用，起到一閥三用的功能。目前分為：重錘蓄能式液控兩階段關閉緩閉蝶閥和蓄能罐式液控緩閉止回蝶閥。

12緩閉止回閥

緩閉止回閥又稱逆止閥或逆止閥，其作用是防止管路中的介質倒流。啟閉件靠介質流動和力量自行開啟或關閉，以防止介質倒流的閥門叫止回閥。止回閥屬于自動閥類，主要用于介質單向流動的管道上，隻允許介質向一個方向流動，以防止發生事故。本類閥門在管道中一般應當水平安裝。作用原理：通過汽缸塞的上下移動，協助閥瓣快速啟閉以達到密封面。

有重錘式和蓄能式兩種。這種閥門可以根據需要在一定範圍内對閥門關閉時間進行調整。一般在停電後3～7s内閥門關閉70％～80％，剩餘20％～30％的關閉時間則根據水泵和管路的情況調節，一般在10～30s範圍。可以利用計算機模拟最佳時間，并現場調試确定。值得注意的是，當管路中存在駝峰而發生彌合水錘時，緩閉止回閥的作用就十分有限。

13選用轉動慣量GD2較大的水泵機組或加裝有足夠慣性的飛輪

在水泵機組主軸上增裝慣性飛輪是為了加大水泵機組轉動部分的轉動慣量 或飛輪力矩GD2，而J=GD2/4g 。根據理論力學中動量矩定理的原理知：水泵機組事故失電後，機組軸上所受減速矩等于轉動慣量與角減速度的乘積，即

由上式可見，機組轉子轉動慣量 越大，則角減速度的絕對值越小，即機組轉數降低的速率很慢，轉數下降率小，從而延長了水泵機組的正常水泵工況曆史，使水泵機組依靠慣性繼續以緩慢降低的速率向管路中補充水，從而有效地避免了管路中流速和水壓的急劇降低，改善了水利過渡過程中壓力猛烈波動狀況；在一定的距離範圍内減少了水柱分離的危險。

此防護措施僅适用于卧式水泵機組。

14取消普通止回閥

根據國内外大量實測資料證明，在水泵壓水管路上取消普通旋起式止回閥（逆止閥），對于消除停泵水錘危害是比較有效地方法。取消止回閥後，最大停泵水錘升壓值可通過數解綜合法、圖解法或電算法求的，一般可以得到比較精确的結果。但是，在城鎮管網中大量倒洩流量将使水廠造成事故。在實際工程中，取消止回閥可以降低水泵正常運行能耗，但也應結合具體條件作多方面考慮。如果取水泵站遠離淨水廠，而且，當地電源又不穩定時，則應考慮到每次斷電後，大量原水浪費的經濟損失，以及長管路中出現水柱分離現象的可能性等。此法僅适用于低楊程非并聯的泵系統。

15爆破膜片

泵站壓水管路上裝設金屬爆破膜片（鋁質片、紫銅片等），類似電路上安裝保險絲，電力變壓器上設置防爆管一樣。當管路中由于水錘升壓超過預定值時，膜片自行爆破，水流外洩，起到洩水降壓消除水錘效果。爆破膜片是一薄金屬圓闆，一般安裝在止回閥出水側主管路旁的支管端部，呈“盲腸”狀。

采用爆破膜片來作為水錘防護措施，具有結構簡單、拆裝方便以及成本低廉等優點。但目前沒有定型生産的膜片出售，一般現場制作的膜片，受到材質及膜片固定方式等影響，較難十分準确地确定其額定爆破壓力。所以，實際工程中對該防護措施尚未普遍推廣；有的也僅作為水錘防護措施中的後備保護來應用。

16設置多級止回閥

在較長的輸水管路中，增設一個或多個止回閥，把輸水管劃分成幾段，每段上均設止回閥。當水錘過程中輸水管中水倒流時，各止回閥相繼關閉把回沖水流分成數段，由于每段輸水管（或回沖水流段）内靜水壓頭相當小，從而降低了水錘升壓。此項防護措施，可有效的用于幾何供水高很大的情況；但不能消除水柱分離的可能性。其最大的缺點是：正常運行時水泵電耗增大、供水成本提高。

17在泵站内設置旁通管（閥）

在泵系統正常運行時，由于水泵壓水側水壓高于吸水側的水壓，止回閥關閉。當事故斷電突然停泵後，水泵站出口處壓力急劇降低，而吸水側壓力則猛升。在此差壓下，吸水總管中的瞬态高壓水即推開止回閥閥闆流向壓水總管的瞬态低壓水，并使該處低水壓有所升高；另一方面，使水泵吸水側的水錘升壓也得到降低。這樣一來，水泵站兩側的水錘升、降壓都得到控制，從而有效地減少和防止了水錘危害。

旁通管的管徑越大對防水錘越有利，可根據規定的壓力界限，經計算後，确定其管徑。

18結合泵站工藝設計考慮

通過計算對于水錘升壓不大，水錘可能性又較多的場合，可采用适當放大管徑，以降低正常運行時流速，以及局部加強管道的耐壓能力等辦法。

19PLC自動控制系統

采用PLC自動控制系統，對機泵進行變頻調速控制，對整個供水泵房系統操作實行自動控制。因供水管網壓力随着工況的變化而不斷變化，機泵工頻運行時經常出現低壓或超壓現象，容易産生水錘，導緻對管道和設備的破壞，采用PLC自動控制系統，通過對管網壓力的檢測，反饋控制水泵的開、停和轉速調節，控制流量，進而使壓力維持一定水平，可以通過控制微機設定機泵供水壓力，保持恒壓供水，避免了過大的壓力波動，使産生水錘的概率減小。

20安裝洩壓保護閥

該設備安裝在管道的任何位置，和水錘消除器工作原理一樣，隻是設定的動作壓力是高壓，當管路中壓力高于設定保護值時，排水口會自動打開洩壓。為了滿足城鄉人民的正常生産和生活用水需求，減少供水管網及設施的維修費用，降低供水管網壓力低造成的社會影響，預防供水事故的發生，認識及消除不安全隐患，是非常有必要的

21其他

21.1減少輸水管道長度，管線愈長，停泵水錘值愈大。由一個泵站變兩個泵站，用吸水井把兩個泵站銜接起來。

21.2通過水錘計算，停泵水錘的大小主要與泵房的幾何揚程有關，幾何揚程愈高，停泵水錘值也愈大。因此，應根據當地實際情況選用合理的水泵揚程。

21.3事故停泵後，應待止回閥後管道充滿水再啟動水泵。

21.4啟泵時水泵出口閥門不要全開，否則會産生很大的水沖擊。據調查分析國内幾個泵站的重大水錘事故多在這種情況下産生。

本文來源于互聯網。暖通南社整理編輯。

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