压力管道水锤产生原因及预防措施

管道在使用过程中，由于阀门突然关闭，使水的流速突然发生变化，从而引起水击，造成水锤现象。水锤现象的频繁发生，会使管道破裂，造成渗漏，继而产生经济损失。

01水锤产生的原因

一般来说，引起水锤产生的原因主要两个：

1.开关阀门过快引起的水锤

1）延长开阀和关阀时间。

2）离心泵和混凝泵应在阀门半闭15%-30%时而不是全关时停泵。

2.泵引起的水锤

1）排除管道内的空气，使管道内充满水后再开启水泵，凡是长距离输水管道的高起部位都应设自动排气阀。

2）停泵水锤主要因出水管止回阀关闭过快引起，因此，取消止回阀可以消除停水泵水锤的危害，并且减少水头损失，节约电耗。取消止回阀时，应进行停水锤压力计算。实际生活中，为减少和消除水锤，常在大口径管道上安装微阻缓闭止回阀。

02水锤预防措施

为了消除水锤产生的冲击，目前，很多水务公司、市政部门都会选择在管道中安装水锤消除器。水锤消除器能在无需阻止流体流动的情况下，有效地消除各类流体在传输系统可能产生的水外锤和浪涌发生的不规则水击波震荡，从而达到消除具有破坏性的冲击波，起到保护之目的。

但是，无论是安装水锤消除器，还是止回阀或者微阻缓闭止回阀、节流控制阀、压力阻断阀、调压井等设备，都需要先进行水锤水击水力计算和分析。水锤水击水力计算和分析，能高效识别、管理和降低与瞬态相关的风险。目前，业内对于管道系统的水锤分析和计算，一般会采用水锤和瞬态分析软件HAMMER。

03水锤分析软件

HAMMER软件将水锤效应的复杂原理结合成为简单易用的工程工具，协助水利工程师顺利地进行任何复杂的水锤水击水力计算与设计。

HAMMER 拥有严密计算的引擎和易于操作的界面，得到世界各地的水务部门、市政当局和工程公司的信赖。

使用 HAMMER 建模工具，识别需要加以重点保护的部分，同时支持正确的系统设计：

HAMMER软件支持AutoCAD运行环境

HAMMER适用于各种输配水管道系统的水锤分析，包括长距离输水管道、城市市政配水管 、多级泵站系统、调速泵系统、厂区管 、大流量工业水系统及水电站涡轮发电机组及管路的水锤分析。

软件优势

1.历经验证的瞬态分析算法

这是水力瞬态流量分析的基准标准。MOC 计算管路中间点的结果，能准确捕捉到可能被忽视的重要结果（例如管路中间负压）。

分析瞬态

2.出色的数据互用性

HAMMER 具有开箱即用的特点，用户可将该产品用作独立应用程序，或在 ArcGIS、MicroStation? 或 AutoCAD 中使用。不管使用何种平台，HAMMER 均可维护一套建模文件来实现真正的跨平台数据互用性。

HAMMER 可在 MicroStation、ArcGIS 和 AutoCAD 中运行，或者作为独立应用程序运行。

3.模型构建和管理更加方便

利用 HAMMER，您通过简单的拖拽布局工具就能从零开始组建 络，或者通过 EPANet 导入 络数据。

工程师也可以充分利用地理信息数据、CAD 工程图、数据库以及电子表格来简化模型构建过程。内含的 LoadBuilder 和 TRex 模块可帮助工程师根据地理信息数据分配需水量和节点立面图，从而避免潜在的手动输入错误，简化模型构建过程。HAMMER 还提供了工程图和连接性评估工具，以确保成功建立水力相关模型。

WaterCAD? 或 WaterGEMS? 用户甚至能直接在 HAMMER 中打开WaterCAD 或 WaterGEMS 模型（或反之），从而省去了导入或转换过程。

4.提供多种水力组件

HAMMER 允许精确模拟多种喘振保护设备和转动设备（水泵和涡轮）受到的影响。用户可从 20 多种设备中进行选择，并可执行无数运行方案，从而制定最恰当的喘振减轻策略。

5.综合的方案管理使用

HAMMER 的方案管理中心，工程师能够在一个文件内全面控制配置、运行、评估、可视化和比较任意数量的假设分析方案。通过比较无数个方案，分析喘振保护方案，或评估水泵和阀门运行策略，工程师可以轻松作出决策。

6.结果说明工具借助

HAMMER 中的分析和数据可视化工具，用户可以捕捉转瞬即逝的瞬态现象，确定它们对系统的影响，并根据工作内容选择最合适的喘振保护设备。

专题制图、交互式动画、等高线图和大量现成的 告图形和剖面图选项提供您需要的有用信息。

软件功能

1.特征线法

HAMMER所使用的是特征线法数值解，特征线法毫无疑问是对水击动态分析最精准及可靠的算法。其他方法如波图法，波特征法等，都会减少数值解的准确度，因为它们只计算汇流节点处的结果，特征线法则计算节点及沿着管线的结果，精确地捕捉住任何可能会被遗漏的重要变化。

2.为所有水力元件建立模式

水锤保护设备︰ HAMMER包含了多种水锤控制装置，使用者可以从20余种控制装置中挑选，进行无限次的控制方案模拟与比较，由此发展出最适合的控制方案以缓和水锤的冲击。

水锤保护装置包括排气阀、泄压阀、水锤压力预警阀、调压井(单向、双向、气孔、气囊、可变形状、简单和差动式)、气囊式空气罐(水锤消除器气室)、可控缓闭阀、机械或电子控制设备等。

控制方案包括水泵/水轮机的惯性、重排管道路径及组合、调整泵/涡轮的操作流程、改变调节阀的操作策略等。

水锤水力组件︰ HAMMER包括所有在管道系统中经常使用的水力组件，若使用者想要添加比较特别的组件，也可自行添加用户自定义的组件。 HAMMER 允许您模拟大量的水锤保护设备和运行设备的影响，它们包括︰

3.为所有水击现象建立模型

HAMMER能够精准的仿真模拟一系列完整的水击瞬时现象，包括一些最需要精准数值计算的情况，例如空化与分离现象。它加入了一套复杂的算法，用来计算气穴的形成，并监看它们的运动和破裂，而且它的可靠数值计算引擎，可以在严谨的振荡理论和弹性理论之间无缝隙过渡。这样的多用途模型让您能够为各种水锤事件建立模拟，包括从深水下水道的填充所导致的缓慢水击波到以音速运动的快速瞬时压力波。

HAMMER 独立运行版软件的停泵工况瞬变流模拟

4.模型建立以及模型管理

管 输入∶使用简单的拖曳排列工具直接建立您的管 ，可以直接识别AutoCAD的图形来自动建立水力模型。您也可以和EPANET、WaterCAD、WaterGEMS、以及其它管 水力模型进行无缝隙的接口连接，以使整个模型建立的过程轻松自如。

弹性计算时间步长︰您可以选择使用 HAMMER内设的时间步长，或者输入您自己的时间步长。

工程数据库︰输入一次信息后，可以保留您自己的有关泵、液体、阀门等的工程属性数据集，然后就可以多次使用这些工程数据。Hammer 软件本身带有完整的工程资料库，包括水泵的全特性去西安库、各类阀门的特性曲线库、各种管材管道的阻力系数与弹性模量库、各种设备的局部阻力系数库等。

泵全特性曲线︰输入您自己的泵运行全特性曲线，或从工程数据库中的标准曲线库选择。

5.初始稳态流计算引擎

HAMMER可以计算您的模型的初始稳态水力条件(计算初始条件)，成为一个完整、独立作业的瞬时分析解决方案。通过系统的初始条件计算，您可以了解供水系统正常运行时的工作状态，如管道的流量、流速以及管道各点的压力。

6.瞬时水击冲击力计算

自动计算每一个时间步骤的瞬时水击对管道的冲击力的大小及方向，并以表格及图型来呈现分析结果，接着您可以把这个结果输出到结构分析程序中使用。

7.水泵反转速模拟

自动计算水泵在不同运行工况下的最大反转速及持续的时间，分析水泵反向流量的大小及流速的变化。

8.水力涡轮模型的建立：增负荷(Load Acceptance )及甩负荷(Load Rejection )

水电站水轮机和压力管道通常是在高压稳态下运行，电力中断或其它紧急事故所引起的快速变化，都可能导致非常高的瞬时压力，可能会损害压力管道或其它设备，若使用 HAMMER进行水力分析，设计者可以确认管道和流量控制设备是否可以承受在正常操作时或紧急事故时可能产生的瞬时压力。 HAMMER 可以建立四种不同的运行状况模型∶瞬态甩负载(instantaneous load rejection)、可控的甩负载(load rejection)、增负载(Iload acceptance)、以及负载变化(load variation)。

9. 告与结果呈现

彩色显示︰将有问题的区域以彩色地图的方式显示结果，标注出极大及极小压力、流量及气穴或蒸气量，可以很容易地标出负压的区域，而这些负压区域可能会造成气蚀破坏，以图象的方式将高瞬时压力的范围与管道爆裂位置表达出来。

动画演示︰可将动态的计算结果储存起来并进行动画演示，以使结果更加亮眼、有力。随时可以启动或停止动画演示，可以在气穴破裂之间一格一格的播放，也可以直接跳到特定的某一个时间步骤。

灵活的剖面图与图表︰在系统中的任一点描绘出瞬态演变过程，藉此呈现水力参数的时态变化，例如压力与流量，并可增加说明符号、批注、以及控制图形比例、线条类型、阴影、以及标题等，产生用户完全可控制的 告与图表。