淺談水錘效應(yīng)的影響因素

樊昊岳 孫 瑋 井擇珳

（河北農(nóng)業(yè)大學(xué) 河北保定 071000）

引言

隨著經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展與環(huán)境的惡化，人們在急切需要水資源的同時(shí)很難在居住地周邊采集足夠的水源供給人們?nèi)粘Ｉ?，農(nóng)業(yè)灌溉以及工業(yè)用水。城市規(guī)模不斷擴(kuò)大，人們對水的需求也不斷增多，我們在開源節(jié)流的同時(shí)必須將我國有限的水資源進(jìn)行合理化配置整合。我國的水資源分布呈南多北少，東南內(nèi)澇西北干旱局勢，在邊遠(yuǎn)山區(qū)仍然存在限時(shí)限量供水的現(xiàn)象，人民的用水需求尚未得到滿足。因此南水北調(diào)，中長距離供水等工程項(xiàng)目一再被國家采用。而在中長距離管道供水過程中，管道崩裂，泵站設(shè)備故障等問題頻出，水錘效應(yīng)成為影響這些現(xiàn)象的主要因素之一。

1 水錘效應(yīng)形成因素分析

水錘效應(yīng)分為正壓水錘和負(fù)壓水錘，當(dāng)閥門突然閉合或由于某種原因管道突然堵塞時(shí)，入水口處水體靜止而后方水體由于慣性作用持續(xù)向前移動(dòng)，形成水流沖擊波對管道內(nèi)部及閥門造成巨大壓力并產(chǎn)生破壞的現(xiàn)象，稱為正壓水錘效應(yīng)，相反由于慣性作用閥門出水口處水體由于慣性作用持續(xù)向前運(yùn)動(dòng)造成管道內(nèi)部出現(xiàn)真空狀態(tài)并造成壓力急劇降低的現(xiàn)象，稱為負(fù)壓水錘效應(yīng)。水錘發(fā)生的物理原因主要是水體慣性以及水體的壓縮性，是流體的一種不穩(wěn)定流動(dòng)狀態(tài)。

2 水錘的影響因素分析

近年來，北方中大型城市缺水嚴(yán)重，不得不采用長距離調(diào)水來滿足人民日常生活需要。例如南水北調(diào)工程、引灤入津工程，引黃濟(jì)青工程、引黃入晉工程等等。而重力流引水由于可隨地形條件進(jìn)行鋪設(shè)，造價(jià)低，施工方便，滲漏損失小通常作為國家的優(yōu)先選擇方案。

隨著城鄉(xiāng)建設(shè)的發(fā)展和人均生活水平的提高，我國輸水管道網(wǎng)線趨于完善，向偏遠(yuǎn)山區(qū)，城市周邊農(nóng)村地區(qū)輸水管道線路日益增多。而這一類型管道面臨著管道長、起伏多、揚(yáng)程大等自然環(huán)境影響，管道也面臨著出現(xiàn)死角，穿越山川、公路、河流且地形起伏大等自然因素，故水錘現(xiàn)象容易發(fā)生，管道炸裂現(xiàn)象頻出。

在長距離供水管道的沿途布有加壓泵站，其涵蓋一定數(shù)量的閘門，單級雙吸離心泵，偏心半球閥，防倒吸閥等精密裝置。當(dāng)突然發(fā)生停泵，輸水中斷，閥門快速閉合等緊急情況時(shí),由于管道線路較長，水體根據(jù)慣性作用繼續(xù)向前移動(dòng)，使管道中出現(xiàn)劇烈的加壓或令管道呈真空狀態(tài)造成管道內(nèi)部低壓狀態(tài)。

波速是水錘的重要影響因素之一。流體自身的體積受到管道的壓力及流體中的自由氣體影響較為嚴(yán)重。因?yàn)楣艿琅c外界聯(lián)通，不可避免會顯現(xiàn)管道存氣征象，當(dāng)管道有分歧含氣量時(shí)，水錘波速也會產(chǎn)生響應(yīng)轉(zhuǎn)變，含氣量在一定范圍內(nèi)增添時(shí)水錘波速在管道中會顯現(xiàn)較強(qiáng)的降落趨向，但隨著含氣量延續(xù)增添波速再也不降落甚至?xí)@現(xiàn)上升趨向。

溫度是水錘效應(yīng)的另一個(gè)影響因素。當(dāng)冷凝水的溫度略低于蒸汽溫度時(shí)會對水錘的形成造成最大的影響。管道內(nèi)的低溫冷凝水與蒸汽混合是非常危險(xiǎn)的。但這樣的情況又是非常普遍的，像在冷凝水回收系統(tǒng)中或類似的系統(tǒng)，這種是一種非常難以解決的水錘形式。

結(jié)語

根據(jù)前人的經(jīng)驗(yàn)，經(jīng)閱讀大量相關(guān)文獻(xiàn)，通過分析推斷我們不難看出，水錘效應(yīng)的后果是極其嚴(yán)重的，在興修水利工程設(shè)施的過程中，水錘效應(yīng)的危害萬萬不可忽視。水錘效應(yīng)的影響因素及其復(fù)雜，它主要取決于水體的慣性作用同時(shí)也取決于管道的材質(zhì)、構(gòu)造，水體的波速、流動(dòng)狀態(tài)、溫度等相關(guān)因素。在水的運(yùn)送當(dāng)中管道內(nèi)外受力情況十分復(fù)雜，磨損、腐蝕情況也較為嚴(yán)重。

針對以上情況，我們可以采用雙向調(diào)壓塔注水增壓避免壓力降低，利用排氣閥注氣、排氣，改變管道內(nèi)部氣壓條件，減少停泵次數(shù)，控制管道直徑增大摩擦消耗多余能量，從而減小水錘的危害并且調(diào)節(jié)水體波速，來保證管道、加壓泵的安全，保證泵站、輸水線路的正常運(yùn)行。對于地面起伏大地形復(fù)雜的輸水線路一定要根據(jù)當(dāng)?shù)氐沫h(huán)境嚴(yán)謹(jǐn)?shù)挠?jì)算研究水錘分析情況，當(dāng)?shù)匦纹鸱^大時(shí)，提前鋪設(shè)管道支撐結(jié)構(gòu)改變管道的鋪設(shè)幅度，避免因角度過大引起的爆管，對可能發(fā)生的水錘現(xiàn)象提前防護(hù)，從而來保證人民的日常用水需求，避免因?yàn)橥Ｋ畮聿槐匾慕?jīng)濟(jì)損失，避免因?yàn)楣艿辣褜?dǎo)致的水資源浪費(fèi)。

[1]李愛茹，董文明.淺談“水錘效應(yīng)”的危害與消除措施[J].科技信息，2010(09)：731.

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