停泵水錘及其防護

【學員問題】停泵水錘的防護措施？

【解答】由于停泵水錘可能導致泵站和輸水系統(tǒng)發(fā)生嚴重事故（如泵房內設備或管道破裂導致泵房淹沒，輸水管破裂導致沿途房屋漬水），因此有必要根據具體情況采取相應的措施來消除停泵水錘或消減水錘壓力。

①降低輸水管線的流速，可在一定程度上降低水錘壓力，但會增大輸水管管徑，增加工程投資。

②輸水管線布置時應考慮盡量避免出現駝峰或坡度劇變。

③通過模擬計算，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，可在一定程度上降低水錘值。

④設置水錘消除裝置

a.雙向調壓塔：在泵站附近或管道的適當位置修建，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。調壓塔將隨著管路中的壓力變化向管道補水或泄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。

b.單向調壓塔：在泵站附近或管道的適當位置修建，單向調壓塔的高度低于該處的管道壓力。當管道內壓力低于塔內水位時，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，可能導致發(fā)生較大的水錘。

c.氣壓罐：國內使用經驗不多，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。隨著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。

d.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泄掉。某些水錘消除器無自動復位功能，容易因誤操作導致發(fā)生水錘。

e.緩閉止回閥：有重錘式和蓄能式兩種。這種閥門可以根據需要在一定范圍內對閥門關閉時間進行調整。一般在停電后3～7s內閥門關閉70%～80%，剩余20%～30%的關閉時間則根據水泵和管路的情況調節(jié)，一般在10～30s范圍。可以利用計算機模擬最佳時間，并現場調試確定。值得注意的是，當管路中存在駝峰而發(fā)生彌合水錘時，緩閉止回閥的作用就十分有限。

以上內容均根據學員實際工作中遇到的問題整理而成，供參考，如有問題請及時溝通、指正。

一、停泵水錘及其危害

在壓力管流中因流速劇烈變化引起動量轉換，從而在管道中產生一系列急驟的壓力交替變化的水力撞擊現象，稱為水錘現象。離心泵的正常啟動、停車及管道內流量發(fā)生變化時，在壓力管道內都會產生一定程度的水錘現象，但由于水錘壓力較小，因而不會造成水錘事故。泵站的水錘事故往往使由于停泵水錘所引起的。

所謂停泵水錘是指突然斷電或其他原因造成開閥停車時，在水泵和壓力管道中由于流速的突然變化而引起壓力升降的水力沖擊現象。例如電力系統(tǒng)或電器設備發(fā)生故障、水泵機組偶發(fā)故障等原因，都可能發(fā)生離心泵開閥停車，從而引發(fā)停泵水錘。

停泵水錘的最高壓力可達正常工作壓力的200%，甚至更高可以使管道及設備擊毀，一般事故造成“跑水”、停水；嚴重事故造成泵房被淹、設備損壞、設施被毀，甚至于造成人身傷亡事故。

發(fā)生停泵水錘時，在水泵壓水管路起伏較大處，還會發(fā)生斷流水錘，即在管路最高點處產生負壓，當壓強值小于相應溫度下的飽和壓力時，在該處發(fā)生汽化而形成汽腔，使連續(xù)水流中斷（水柱分離），當增壓波傳來時，汽腔被壓縮，在汽腔消失的瞬間，兩股水流撞擊，從而引發(fā)斷流水錘，其壓強值將超過連續(xù)水流的水錘壓強值，因而危害更大。

二、停泵水錘保護措施

1.防止斷流水錘（水柱分離）的措施

（1）敷設壓水管路時應盡量避免局部突起，以防出現負壓過大而引起水柱分離。

（2）在管路可能產生水柱分離處設置充水箱或調壓塔，當停泵水錘管內壓力降低時及時補水，以防產生水柱分離。

（3）盡可能降低壓力管道中流速。

2.防止增壓過高的措施

（1）設置水錘消除器。

水錘消除器是具有一定泄水能力的安全閥，一般安裝在止回閥下游。水錘消除器有下開式水錘消除器、自閉式水錘消除器、自動復位式水錘消除器等。圖1為自動復位下開式水錘消除器，工作原理如下：水泵突然停止后，管線起端的壓力下降，水錘消除器缸體2外部的水經閥門9流動管8，缸體中的水經閥3流到管8，此時在重錘5作用下，活塞1下落到虛線所示位置，當最大水錘壓力到來時，高壓水即經排水管4排出。一部分水經止回閥瓣上的小孔回流到缸體內，直到活塞下的水量慢慢增大，壓力加大，使活塞上升，重錘復位，排水管管口封住。緩沖器6用以使重錘平穩(wěn)復位。

圖1 自動復位下開式水錘消除器

1-活塞；2-缸體；3-閥瓣上鉆有小孔的單向閥；

4-排水管；5-重錘；6-緩沖器；7-保持桿；

8-管道；9-閘閥（常開）；10-活塞聯桿；11-支點

（2）設空氣缸

如圖2所示，在壓力管路上設置空氣缸，利用氣體體積與壓力成反比的原理，當發(fā)生水錘時，管道內壓力升高，空氣被壓縮，起氣墊的作用；當管道內形成負壓，甚至發(fā)生水柱分離時，它向管道內補水，可以有效地消減停泵水錘的危害。

圖2 空氣缸

A-沒有氣囊；B-有氣囊

（3）設緩閉式止回閥。

緩閉式止回閥有止回閥和緩閉機構組成，常用有緩閉式止回閥、液壓式緩閉蝶閥等。當突然停泵時，通過緩閉傳動機構，使止回閥逐漸關閉，允許部分水通過水泵倒流回水池，從而減弱了水錘強度。在泵站中得到廣泛采用。圖3為液壓式緩沖止回蝶閥。

圖3 液壓式緩沖止回蝶閥

（4）取消止回閥。

實踐證明，止回閥的突然關閉危害極大。因此，在壓水管路較短，水泵倒轉危害較小的情況下，以及突然停電可以及時關閉出水閘閥時，可以不設止回閥，從而可以減少停泵水錘發(fā)生的可能性。

來源：水利家園

所謂"停泵水錘"是指水泵組因突然停電或其他原因，造成開閥停車時，在水泵及管路中水流速度發(fā)生變化而引起的壓力遞變現象。