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　　近年來(lái)，隨著城市的建設(shè)和業(yè)務(wù)的拓展，長(zhǎng)距離翻山越嶺的輸水項(xiàng)目越來(lái)越多。這些揚(yáng)程高、距離長(zhǎng)、管線多起伏的加壓輸水管線系統(tǒng)，瞬態(tài)水力特性較為復(fù)雜，泵站與管線的水錘綜合防護(hù)是一個(gè)值得研究的重大課題。今天我們就以最常見的止回閥和排氣閥來(lái)分析一下它們?cè)诠芫€水錘防護(hù)中起到的作用。

　　水泵與止回閥是供水管路中最基本的設(shè)施，止回閥安裝在泵出口，與水泵構(gòu)成一組合便捷，水泵提供壓能將水從低位池輸送到高位池，止回閥用于防止泵機(jī)組由于動(dòng)力突然中斷時(shí)因逆流引起的飛逸反轉(zhuǎn)。普通止回閥的閥瓣動(dòng)作主要受流動(dòng)介質(zhì)的控制，其關(guān)閉過(guò)程通常滯后于水流的停流過(guò)程，閥瓣不得不在逆流中突然關(guān)閉，而在關(guān)閉的瞬間，逆流介質(zhì)突然停止流動(dòng)，流速由最大突變?yōu)榱?，在流體慣性的作用下，閥門下游側(cè)壓力將升高，形成所謂的關(guān)閥水擊壓力，當(dāng)其值足夠大時(shí)就會(huì)引起管道破裂等事故。

　　從理論上講，水流從正向到逆向流動(dòng)之間有一個(gè)零流速點(diǎn)，此時(shí)流動(dòng)瞬間停止，若能使閥瓣正好在此時(shí)關(guān)閉，則水流的慣性沖擊力最小，水擊壓力也就最小，這是止回閥最理想的關(guān)閉方式。但由于工程實(shí)際問(wèn)題的復(fù)雜性，想真正做到零流速關(guān)閥是不現(xiàn)實(shí)的，因此出現(xiàn)了兩種不同的關(guān)閥方式：一種是緩閉式，就是在止回閥中增設(shè)輔助裝置或機(jī)構(gòu)調(diào)節(jié)閥瓣的關(guān)閉助力矩，使閥瓣的關(guān)閉動(dòng)作先快后慢，尤其在最末端行程中緩慢關(guān)閉，達(dá)到減輕水擊的目的。這類閥具有較好的關(guān)閉特性，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本較高，一般應(yīng)用于要求較高的系統(tǒng)。另一種是快關(guān)式，就是通過(guò)減小閥門開度、縮短閥瓣行程或在運(yùn)動(dòng)部件上附加外力等方法，達(dá)到加快閥瓣關(guān)閉速度，縮短關(guān)閉時(shí)間，使其在介質(zhì)倒流前或在倒流速度很低的情況下完成關(guān)閉;這類閥結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低廉，因此廣泛應(yīng)用于一般管道輸送系統(tǒng);然而，閥瓣關(guān)閉速度過(guò)快，卻可能導(dǎo)致閥后水柱發(fā)生分離，從而產(chǎn)生強(qiáng)烈的斷流彌合水擊，及彌合水錘。

　　為避免閥門關(guān)閉過(guò)快導(dǎo)致水柱分離，產(chǎn)生彌合水錘，目前常用的方法是在止回閥后安裝進(jìn)排氣閥、空氣罐等設(shè)施。

　　進(jìn)排氣閥一般旁接在支管上，比主管軸線高，當(dāng)安裝點(diǎn)的管內(nèi)壓力降低到大氣壓以下時(shí)，氣閥打開，讓空氣進(jìn)來(lái)，避免水柱分離;當(dāng)管內(nèi)壓力上升到大氣壓以上時(shí)，又將氣體排出管外，待空氣基本排放完后，自動(dòng)關(guān)閉，以阻止水外溢。因此，進(jìn)排氣閥能有效消除水柱分離，預(yù)防彌合水錘的產(chǎn)生，但其結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，且存在閥芯動(dòng)作失靈，介質(zhì)外泄的隱患。

　　空氣罐常用于減緩或消除管線系統(tǒng)的水擊壓力，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，反應(yīng)靈敏，工作可靠，但容量大小、安裝位置等需根據(jù)具體情況，經(jīng)復(fù)雜的計(jì)算而定，費(fèi)時(shí)費(fèi)事。工程中常常是憑經(jīng)驗(yàn)而定，可能會(huì)引起一些意想不到的后果。空氣罐并不一定是起到減緩水擊壓力的作用，有時(shí)它反而會(huì)增強(qiáng)水擊壓力，在泵突然停機(jī)時(shí)，止回閥下游處的壓力突降，若空氣罐離閥太近，罐內(nèi)的水在氣壓作用下迅速流出罐外，從而增大了閥內(nèi)的逆向流速。若空氣罐容量合適，安裝位置合理，控制水擊的效果就很好。最簡(jiǎn)單方便的措施是在管路中增設(shè)一個(gè)或多個(gè)止回閥(稱為線路止回閥)，線路中設(shè)置的止回閥可以阻止水柱的大量倒流，起到了有效防止斷流彌合、氣穴潰滅的作用。但值得注意的是，如果管線停輸時(shí)止回閥關(guān)閉嚴(yán)密，二者之間的密閉管段由于存在氣(汽)體而處于不滿管的狀態(tài)，則泵重新啟動(dòng)時(shí)也可能引發(fā)新的水擊;因此，設(shè)置于線路上的止回閥應(yīng)允許有一定的泄露，最好選用帶旁通回流管的止回閥。

　　在我們的實(shí)際工程中，由于水錘效應(yīng)引起的事故不計(jì)其數(shù)。有一個(gè)經(jīng)典案例跟大家分享一下，在深圳的梅隴泵站，1998年設(shè)計(jì)，1999年建設(shè)，2000年投產(chǎn)，至今已安全運(yùn)行21年，其日供水量約11萬(wàn)m³/d，揚(yáng)程95m，采用的是DN1100的管道，全長(zhǎng)8km，由于揚(yáng)程很高，且一直無(wú)管道爆管等事故發(fā)生，經(jīng)常有人去該泵站取經(jīng)，其秘密就在泵站外的管線之上，該泵站有5臺(tái)水泵，5個(gè)DN500快閉緩閉式止回閥，閥后各1個(gè)DN100復(fù)合式空氣閥;2個(gè)DN300水擊預(yù)防閥(從兩側(cè)回泄吸水池)，沿線凸峰節(jié)點(diǎn)1個(gè)DN250-5mm注氣微排閥。其全線8km，就靠這個(gè)注氣微排閥來(lái)消除負(fù)水擊，屬于被動(dòng)性水擊防護(hù)措施。

　　在川店供水管網(wǎng)設(shè)計(jì)中，全程將近30km，地勢(shì)起伏沒(méi)有上述工程那么大，但是在設(shè)計(jì)方案中，所有高點(diǎn)都設(shè)置了排氣閥，在地上較為平緩處每隔一段距離也設(shè)置了排氣閥，雖然管線較長(zhǎng)，但能夠有效的消除部分水錘的影響，使管線能夠在允許的工作壓力下正常運(yùn)行。

　　對(duì)于長(zhǎng)距離大口徑輸水管道我們往往能夠意識(shí)到預(yù)防水錘的產(chǎn)生，但是小管道的水錘效應(yīng)我們也不能忽視，在新垸引江濟(jì)漢渠附近的一處φ160PE管道，由于該處用水高峰期時(shí)水量較低，本打算在此增加一處加壓設(shè)備在高峰期時(shí)進(jìn)行加壓供水，在前期準(zhǔn)備裝泵測(cè)試的過(guò)程中，由于測(cè)試后方無(wú)排氣閥，且過(guò)橋管道安裝已經(jīng)有了一定年限，在關(guān)泵后的幾個(gè)小時(shí)內(nèi)發(fā)生了爆管事故，據(jù)分析，該次事故的產(chǎn)生可能原因之一就有在前期測(cè)試加壓設(shè)備后直接停泵，使管道內(nèi)產(chǎn)生負(fù)壓，又由于無(wú)可吸氣的空氣閥，使得管內(nèi)產(chǎn)生了真空，后再進(jìn)行常壓供水時(shí)產(chǎn)生了彌合水錘，導(dǎo)致管道連接處脫落。后期修復(fù)此條管道時(shí)，設(shè)計(jì)了復(fù)合式進(jìn)排氣閥，以此來(lái)對(duì)停泵啟泵時(shí)產(chǎn)生的水錘有一定的消除作用。在我們的日常搶修施工中，在有條件的情況下，關(guān)閉和開啟閥門可以盡量放緩一點(diǎn)，或者通過(guò)逐步減小多個(gè)閥門的開閉程度，以免管道中的空氣無(wú)法及時(shí)排除，產(chǎn)生的彌合水錘對(duì)我們的管網(wǎng)造成破壞。

　　由于長(zhǎng)距離輸水管線具有管線長(zhǎng)、流量大、揚(yáng)程高、多起伏等特點(diǎn)，停泵水力過(guò)渡過(guò)程較復(fù)雜，最顯著的特征就是在管線局部高點(diǎn)或者管段可能發(fā)生斷流彌合水錘。在斷流彌合水錘的發(fā)生和發(fā)展過(guò)程中，負(fù)壓的存在容易造成管道受壓變形以及外界污染物和微生物的入侵，影響輸水水質(zhì)，而彌合升壓對(duì)管道造成的劇烈壓力振蕩容易導(dǎo)致管道的疲勞損壞，并引發(fā)爆管事故。在實(shí)際工程中，合理設(shè)置水擊泄壓閥、空氣罐和進(jìn)排氣閥，并且設(shè)置合適的止回閥關(guān)閉方式，能有效的預(yù)防和解決正壓水錘與負(fù)壓水錘的影響

　　(通訊員：肖王金)