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摘要：在压力管道中，由于某种外界原因（如阀门突然关闭或开启，水泵机组突然停车等），使得水的流速突然变化，从而引起压强急剧升高和降低的交替变化，这种水力现象称为水锤，也称水击。
关键词：水锤；设备；爆管
在有压力管路中，由于某种外界原因，如在突然停电或者阀门关闭太快时，由于压力水流的惯性，产生水流冲击波，就像锤子敲打一样，因此叫作水锤。水流冲击波来回产生的力，有时会很大，甚至能破坏阀门和水泵。鉴于以上特点，在进行设计、安装、使用过程中要注意规避，采用科学的手段最大限度地保证供水系统的安全。
一、水锤的分类及危害
1.水锤可以分为正水锤和负水锤
1.1当发生正水锤现象时，引起管道中的压强升高，可达管道正常工作压强的几倍，甚至几十倍；致使管道壁面产生很大的应力。压力的反复变化将引起管道和设备的振动，并有可能损坏管道、管件和设备。
1.2当发生负水锤现象时，管道中的压力降低，也会引起管道和设备的振动。同时出现负水锤现象时，如压力降得过低，则可能使管中产生不利真空，在外界大气压力的作用下，会将管道挤扁。
2.造成的危害有
2.1引起管道强烈振动，管道接头断开，破坏阀门，严重的造成管道爆管，使系统骤停或使厂房渍水，供水管网压力降低。
2.2引起水泵反转，破坏泵房内设备或管道，严重的造成泵房淹没。
2.3造成人身伤亡等重大事故，影响生产和生活。
二、水锤产生的条件
1.阀门突然开启或关闭。
2.水泵机组突然停车或开启。
3.单管向高处输水（落差超过20米）；
4.水泵总扬程（或工作压力）大；
5.输水管道中水流速度过大；
6.输水管道过长，且地形变化大。
三、水锤的预防措施
3.1开（关）阀水锤
开关水锤有直接水锤和间接水锤，延长开阀和关阀的时间，可避免产生直接水锤。
离心泵、混流泵应在阀门关至15%—30%时而不是全关时停泵，这样可以降低水泵出口压力，防止水泵振动及延长阀门使用寿命。对于轴流泵在泵出口一般不应设阀门。
3.2启泵水锤
3.2.1排除管道空气，使管道充满水后再开启水泵。凡是长距离输水管道的隆起处各点应设置自动排气阀或设置充水设施。
3.2.2当水泵必须在空管启动时，可采用分阶段开阀启泵方式。
⑴先将水泵出口阀门打开15%—30%（蝶阀可先开150—300），管道上其余阀门全部开启。
⑵然后启动水泵。
⑶待管道充满水后再将水泵出水口阀门全开或开到所需的角度。
3.2.3设有止回阀的水泵
⑴在止回阀前设自动排气阀。
⑵在止回处设旁通阀。
⑶事故停泵后，应待止回阀后管道充满水再启动水泵。
⑷启泵时水泵出口阀门不要全开，否则会产生很大的水冲击。
3.3停泵水锤
给水管中的水在断电后的最初瞬间，主要靠惯性以逐渐减慢的速度继续向水池方向流动，然后流速降到零。管道中的水在重力水头作用下，又开始向水泵倒流，速度由零逐渐增大。由于管道中水的流速变化，从而引起水锤现象的发生。
（1）降低输水管道的流速，增加管道直径、壁厚，可在一定程度上降低水锤压力。
（2）选用转动惯量GD2较大的电动机或加装有足够惯性的飞轮，可在一定程度上降低水锤值。
（3）输水管线布置时，减少管路布置的陡峭度，尽量布置平缓管路，应考虑尽量避免出现峰点或坡度剧变，在管路中各峰点安装可靠的排气阀，避免产生弥合水锤。
（4）通过水锤计算，停泵水锤的大小主要与泵房的几何扬程有关，几何扬程愈高，停泵水锤值也愈大。因此，应根据当地实际情况选用合理的水泵扬程。
（5）减少输水管道长度，管线愈长，停泵水锤值愈大。由一个泵站变两个泵站，用吸水井把两个泵站衔接起来。
（6）停泵水锤主要因为出水管道止回阀关闭过快引起，因此，取消止回阀可以消除停泵的危害，并且可以减少水头损失，节约能耗；目前，经过一些大城市的实验，认为一级泵房可以取消，二级泵房不易取消；取消止回阀时应进行停泵水锤压力计算，为减少和消除水锤，目前常在大口径管道上安装微阻缓闭止回阀。
（7）在大口径的水泵出水管上安装缓闭止回阀、微闭蝶阀，可有效的消除停泵水锤，但因阀门动作时有一定的水量倒流，吸水井须有溢流管。缓闭止回阀有重锤式和蓄能式两种，这种阀门可以根据需要在一定范围内对阀门关闭时间进行调整。需要注意的是，当管路中存在峰点而发生弥合水锤时，缓闭止回阀的作用就十分有限。
（8）安装泄压保护阀，该设备安装在管道的任何位置，和水锤消除器工作原理一样，只是设定的动作压力是高压，当管路中压力高于设定保护值时，排水口会自动打开泄压。为了满足城乡人民的正常生产和生活用水需求，减少供水管网及设施的维修费用，降低供水管网压力低造成的社会影响，预防供水事故的发生，认识及消除不安全隐患，是非常有必要的。
3.4逻辑控制设计
本系统采用PLC控制器统筹管理8套设备的启动、切换、停止，主要涉及以下内容。
（1）变频器与PLC之间信息交互采用MODBUSTCP网络通信。通过网络通信，PLC对变频器状态信息进行实时采集，控制程序中需要使用的变频器状态信息包括运行电流、备妥状态、故障状态以及运行状态。同时，PLC在对外部环境进行综合判断后，通过网络通信，实现控制变频器。在变频器无故障、备妥、停止达到60s后，控制逻辑中认为变频器具备开机条件。
（2）启动接触器、运行接触器之间存在锁定关系，在进行控制原理设计时，当启动接触器得电吸合时，运行接触器不能得电吸合。
（3）变频器、变频器输出接触器、启动接触器向运行接触器切换时，需要设置一个合适的切换时间，避免出现弧光短路和电机运行速度的过度衰减。
由于只有公用變频器能启动回路，因此，PLC需要统筹协调8套设备对公用变频器、变频器输出接触器的调用。PLC要采集8套设备各自的启动按钮信号、启动接触器、运行接触器以及热保护状态，结合公用变频器状态、变频器输出接触器状态。当需要对某一套设备进行启动时，需要保证自身没有热保护故障、变频器启动回路具备开机条件时，其他设备不能处于启动状态，否则进行设备启动无效。
（4）设备处理：供水设备在投入运行前需要进行泵体、管件、连接件的密封检查;确认出口阀的关闭状态;单向阀的方向确认;打开进口阀，进行泵体排气。完成上述操作后，才能对控制系统送电，进行设备调试。
（5）启动注意事项及正常流程：检查各相关器件的工作状态，确保状态正常;就地启动，此时变频器均匀加速，直至到达工频50Hz;观察供水泵出口压力表的压力值，直至泵体出口压力大于或等于输送母管压力表压力值时，打开供水泵出口阀门。
（6）通过借鉴以前的工程经验，在设计时进行了规避。但是，调试过程中仍然产生了水锤，具体现象如下。操作人员按常规进行闭阀起泵，也就是在供水泵启动前出口阀门关闭;在电机达到一定转速时，打开出口阀门;启动回路运行，之后，进行启动回路与运行回路的切换。在启动回路失电后，电机速度急剧下降，切换到运行回路瞬间，运行回路断路器跳闸，同时管路中明显听到强力冲击输出单向阀的声音。
四、结语
近年来，随着自动化程度不断提高，水泵启停和阀门的开关往往实现了远程操作，由于自动化部件故障引起水锤现象的概率大大增加。虽然改变管径和长度在理论上能减小水锤值。但因为工程量浩大，不符合现在社会发展要求。所以要从日常的操作中下手；所以启停泵或者开关阀门时要掌握好时机避免出现水锤现象。
参考文献
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[2]伍税滨，工程流体力学泵与风机[M].化学工业出版社，2010.
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