斷流彌合水錘

長輸管道因?yàn)楸谜净蜷y門工況的改變造成不穩(wěn)定流動時(shí)可能產(chǎn)生液柱分離現(xiàn)象和斷流彌合水錘現(xiàn)象，一方面液柱分離造成的低壓：可能使管道失穩(wěn)變形（壓癟）；另一方面斷流彌合水錘造成的高壓可能擊破管道。斷流空腔彌合水錘過程中的液柱分離及彌合水錘，對長輸管線工程和其他各種工業(yè)管道工程的危害是巨大而驚人的，容易造成管道爆裂、設(shè)備損壞，甚至?xí)蜎]泵站，造成巨大經(jīng)濟(jì)損失，發(fā)生事故后不僅要耗費(fèi)巨大的人力財(cái)力進(jìn)行維修，而且耽誤工程進(jìn)度；盲目選用水錘防護(hù)設(shè)備和制定不合理的水錘綜合防護(hù)措施，不僅達(dá)不到預(yù)期的水錘防護(hù)效果，甚至可能使斷流空腔彌合水錘變得更嚴(yán)重。 2100433B

按照波動現(xiàn)象，水錘可以分為水柱連續(xù)的水錘現(xiàn)象（無水柱分離）和伴有水柱分離的水錘現(xiàn)象（斷流空腔再彌合水錘現(xiàn)象） 。所謂伴有水錘分離的水錘現(xiàn)象，是有壓管流出現(xiàn)大空腔時(shí)的一種水錘現(xiàn)象。當(dāng)水錘波在有壓管流中傳播時(shí)，水體質(zhì)點(diǎn)做周期性的疏密變化，使水體中的質(zhì)點(diǎn)群時(shí)而受拉，時(shí)而受壓。由于水體承拉能力極差，概括講，當(dāng)它承受不住這種拉力時(shí)，水柱就會斷裂而彼此分離開（特別在含有雜質(zhì)、小氣泡的水體中或在管線縱坡面上作折線變化較大的諸固定點(diǎn)處，如“駝峰”、“膝部”和小丘頂端等），產(chǎn)生一些大空腔或“空管段”，使水流的連續(xù)性遭到破壞從而造成水柱分離現(xiàn)象；在密封非常完好的管段中，大空腔或空管段內(nèi)呈現(xiàn)很高程度的真空。當(dāng)空管段消失（空腔潰滅）即兩股水柱重新彌合時(shí)，空腔內(nèi)的水蒸氣迅速凝結(jié)，于是兩股水柱互相猛烈碰撞，因而造成升壓很高的“斷流空腔再彌合水錘”（簡稱斷流彌合水錘“）。它是水泵供水系統(tǒng)中最具有危害性的一種水錘撞擊波動。

近年來我國分布在地形復(fù)雜、地勢起伏較大的地區(qū)的長輸管線工程逐年增多，這種情況在我國西北、西南地區(qū)尤為突出，此類工程管線長、地形起伏大，在泵站啟停、機(jī)組調(diào)速、各中間站的流程切換或分輸站的啟停、事故工況停機(jī)以及調(diào)節(jié)閥動作失靈、誤關(guān)閉等操作過程中，極易產(chǎn)生水錘增壓波和減壓波以較大的速度向上下游傳播，產(chǎn)生液柱分離和彌合水錘現(xiàn)象，造成危害很大的斷流空腔彌合水錘危害，影響管道的安全常運(yùn)行。

水錘波中的減壓波向下游傳遞，使管線沿線壓力降低，當(dāng)壓力下降到一定值后，輸送液體中的溶解氣體會逸出形成小氣泡，當(dāng)管內(nèi)壓力進(jìn)一步降低到液體飽和蒸氣壓且持續(xù)時(shí)間足夠長時(shí)，管內(nèi)液體就會汽化產(chǎn)生蒸氣，蒸氣與己形成的氣泡相結(jié)合，形成較大的氣囊在管內(nèi)上升，氣囊隨著液體流動，氣囊會聚集在管道高程處，占據(jù)很大一段管道，甚至?xí)堰B續(xù)液柱隔破壞了液體的連續(xù)性，可能阻斷整個(gè)管道流通截面形成斷流空腔從而導(dǎo)致液柱分離，這個(gè)過程中的低壓容易造成管道失穩(wěn)變形。

水錘波中的增壓波向上游傳遞，使管道沿線壓力增大，使分離開的兩液柱重新彌合即空腔潰滅時(shí)，將產(chǎn)生具有直接水錘特征的斷流彌合水錘，當(dāng)管道發(fā)生斷流彌合水錘時(shí)，水錘波以高速沿管道傳播，水錘波波峰過后，由于流動狀態(tài)的不平衡，還會產(chǎn)生充裝壓力，水錘增壓和充裝壓力疊加在管道剩余壓力上，當(dāng)疊加后的液體壓力超過管道的最大允許工作壓力，就有可能造成管道強(qiáng)度破壞，特別是那些穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)動水壓力接近于管道臨界承受壓力的位置（如山管道的低洋地段等），更容易引起管道超壓，造成強(qiáng)度破壞。

全年基坑斷流方式。其導(dǎo)流建筑物按全年設(shè)計(jì)頻率的導(dǎo)流流量及相應(yīng)水位設(shè)計(jì)。主體工程在圍堰的保護(hù)下進(jìn)行全年連續(xù)施工，直至建成。采用這種導(dǎo)流方式要預(yù)計(jì)發(fā)生超標(biāo)準(zhǔn)洪水時(shí)工程的損失并安排好防洪應(yīng)急措施。對于土壩等不允許施工期間壩體過水的工程及拱壩等要求整體平起施工、整體擋水的上程，一般均應(yīng)按全年基坑斷流方式設(shè)計(jì)。

全年斷流方式有主體工程能夠全面施工，施工程序連貫，施工場地和附屬設(shè)施布置緊湊，生產(chǎn)效率高，施工管理方便等優(yōu)點(diǎn)。

對于大流量的河道，如采用這種導(dǎo)流方式，其導(dǎo)流建筑物特別是導(dǎo)流泄水建筑物規(guī)模較大，導(dǎo)流費(fèi)用高，導(dǎo)流工程自身的施工工期長，施工難度較大 。

隨著我國及國外水錘防護(hù)技術(shù)的發(fā)展，解決水柱分離升壓問題，所使用的防護(hù)措施有多種，通常使用的水錘防護(hù)措施大致可分為以下3種類型：

（1）在水泵出口安裝具有緩閉功能的止回閥；

（2）按規(guī)范規(guī)定的排氣要求，安裝排氣閥，防斷流彌合水錘；

（3）在水泵出口的匯水總管處及管線重要部位如易斷流的高點(diǎn)安裝具有超壓泄壓或防斷流功能的設(shè)備如超壓泄壓閥，單、雙向調(diào)壓塔，箱式雙向調(diào)壓塔，氣壓罐等。通常單、雙向調(diào)壓塔受地形限制且造價(jià)高、空氣罐維護(hù)成本高。

各類閥門的構(gòu)造形式很多，如緩閉止回閥類型有十多種，是否都可用，各類閥門的優(yōu)缺點(diǎn)，水錘防護(hù)效果如何，性能參數(shù)是否真實(shí)合理，都應(yīng)加以分析研究，才更有利于壓力管道安全運(yùn)行和水錘防護(hù)。

針對特殊的長距離、高揚(yáng)程、多起伏、大管徑且管道首末端高中間低的輸水工程，采用水泵出口處安裝緩閉止回閥，管線每隔0.8～1km設(shè)置1個(gè)緩沖排氣閥的情況下，在管線特殊部位安裝箱式雙向調(diào)壓塔或者超壓泄壓閥的措施進(jìn)行防護(hù) 。

主要符號

緒論

第一章 水錘基本概念與水柱分離問題

第一節(jié) 水錘波動性

第二節(jié) 水錘分類

第三節(jié) 水柱分離與斷流再彌合水錘

第四節(jié) 停泵水錘特點(diǎn)

第二章 水錘基本理論

第一節(jié) 剛性水柱（錘）理論

第二節(jié) 彈性水柱（錘）理論

第三節(jié) 水錘壓力波的反射和干涉

第三章 水錘基本微分方程式

第一節(jié) 水錘基本微分方程式的推導(dǎo)

第二節(jié) 水錘基本微分方程式的簡化解

第三節(jié) 基本方程組的討論和應(yīng)用

第四節(jié) 水錘共軛方程式

第四章 水錘計(jì)算圖解法

第一節(jié) 水錘波的傳播和反射圖式

第二節(jié) 邊界條件

第三節(jié) 圖解法舉例

第五章 水錘數(shù)值解原理和電算方法

第一節(jié) 特征線方程式

第二節(jié) 邊界條件方程式

第三節(jié) 簡單管路暫態(tài)流動的計(jì)算程序

第四節(jié) 幾種復(fù)雜管路的計(jì)算方法

第六章 停泵水錘計(jì)算原理

第一節(jié) 停泵水錘技術(shù)特征及基本方程式

第二節(jié) 停泵水錘計(jì)算綜述

第三節(jié) 水泵一水輪機(jī)機(jī)組的慣性方程式與突然停泵后機(jī)組轉(zhuǎn)速變化規(guī)律

第四節(jié) 葉片泵（離心泵）的全面性能曲線或四象限特性曲線

第五節(jié) 最低水頭包絡(luò)線與水柱分離

第六節(jié) 水柱分離與斷流空腔的波動分析及物理——數(shù)學(xué)模型

第七節(jié) 水錘波在完全斷流型大空腔邊界處的反射

第八節(jié) 向水柱分離處注入空氣時(shí)停泵水錘的計(jì)算原理

第九節(jié) 向水柱分離處單向注水時(shí)停泵水錘的計(jì)算原理

第七章 停泵水錘計(jì)算的數(shù)解綜合法

第一節(jié) 數(shù)解綜合方法與步驟

第二節(jié) 向水柱分離處注入空氣時(shí)停泵水錘計(jì)算方法與步驟

第三節(jié) 停泵水錘計(jì)算舉例

第八章 停泵水錘計(jì)算的圖解法及簡易圖算解法

第一節(jié) 無閥管路停泵水錘圖解

第二節(jié) 有止回閥管路停泵水錘圖解

第三節(jié) 停泵水錘計(jì)算的簡易圖算解法

第九章 停泵水錘計(jì)算的電算法（I）

第一節(jié) 葉片泵全面性能曲線的改造

第二節(jié) 事故停泵時(shí)泵處的邊界條件方程式

第三節(jié) 停泵水錘中泵處暫態(tài)參數(shù)的計(jì)算方法

第四節(jié) 無閥管路停泵水錘

第五節(jié) 有閥管路停泵水錘

第六節(jié) 有防止負(fù)壓自動進(jìn)氣裝置的管路停泵水錘

第七節(jié) 管路中發(fā)生斷流（汽）的停泵水錘

第八節(jié) 不同型號泵并聯(lián)工作的停泵水錘（I）

程序一 無閥管路停泵水錘計(jì)算源程序

程序二 有自動進(jìn)氣裝置的管路停泵水錘計(jì)算源程序

程序三 考慮結(jié)點(diǎn)2發(fā)生斷流（汽）的有普通止回閥管路停泵水錘計(jì)算源程序

程序四 不同型號泵并聯(lián)，設(shè)置緩閉閥，并考慮斷流（汽）管路停泵水錘計(jì)算源程序

第十章 停泵水錘防護(hù)措施

第一節(jié) 調(diào)壓塔——雙向調(diào)壓塔

第二節(jié) 單向調(diào)壓塔和單向調(diào)壓池

第三節(jié) 注空氣（緩沖）用閥

第四節(jié) 空氣罐

第五節(jié) 停泵水錘消除器

第六節(jié) 蓄能式液控緩閉蝶閥

第七節(jié) 緩閉止回閥

第八節(jié) 采用轉(zhuǎn)動慣量大的水泵機(jī)組或增裝慣性飛輪

第九節(jié) 其他防護(hù)措施

第十節(jié) 防護(hù)措施的選擇

第十一章 停泵水錘計(jì)算的電算法（Ⅱ）——專題

第一節(jié) 不同型號泵并聯(lián)工作的停泵水錘（Ⅱ）

第二節(jié) 水錘過程中“閥門控制”的計(jì)算機(jī)動態(tài)模擬

第三節(jié) 伴有多處水柱分離的停泵水錘及其綜合防護(hù)的計(jì)算機(jī)動態(tài)模擬

第四節(jié) 伴有多處水柱分離停泵水錘的分析與綜合防護(hù)設(shè)計(jì)的工程實(shí)例

新程序一多臺不同型號泵并聯(lián)（兩大一小）、無防護(hù)措施泵系統(tǒng)停泵水錘計(jì)算機(jī)

動態(tài)模擬電算源程序

新程序二多臺同型號泵并聯(lián)、四處同時(shí)單向注水并雙閥控制的停泵水錘綜合防護(hù)

計(jì)算機(jī)動態(tài)模擬電算源程序

主要參考文獻(xiàn)