Hammer软件在输水管道水锤分析中的应用.pdfVIP

Hammer 软件在市政管道中的应用 田文军 （Bentley 软件（北京）有限公司） 摘要：本文介绍了水锤的基本概念，危害和工程中的预防。根据建设工程中的问题提出预防水锤发生的措 施，以提高供水系统的运行安全和可靠性，进而降低投资成本简化运行。并通过Bentley Haestad HAMMER 展示电算法在水锤预防当中的应用。 关键词：Hammer 水锤 供水系统 长距离输水 爆管 建设成本 运行管理 水力计算 计算机模拟 1. 水锤危害及其防控 1）水锤的定义 水锤是指在压力管道中由于液体流速的急剧变化，造成管中的液体压力显著、反复、迅 速地变化，（例如水泵骤停、突然关闭阀门），由液体的压缩性和管道的弹性引起的输送系统 中的压力波动，在压力急剧升高的位置产生破坏。水锤的破坏力惊人，对管网的安全平稳运 行是十分有害的，容易造成爆管事故。 防止水锤爆管事故的方法有：输水系统中加调压装置，改变管网布置和构成，以达到改 变水锤冲击波频率和强度的目的。 2 ）水锤的危害 水泵启动和停机、阀门启闭、工况改变以及事故紧急停机等动态过渡过程造成的输水管 道内压力急剧变化和水锤作用等，常常导致泵房和机组产生振动。由于水锤的产生，使得管 道中压力急剧增大至超过正常压力的几倍甚至十几倍，其危害很大，会引起管道的破裂，影 响生产和生活。因此必须在长距离压力管段输送系统中安装安全装置。 水锤有正水锤和负水锤之分，它们的危害有： 正水锤时，管道中的压力升高，可以超过管中正常压力的几十倍至几百倍，以致管壁产 生很大的应力，而压力的反复变化将引起管道和设备的振动，管道的应力交变变化，将造成 管道、管件和设备的损坏。 负水锤时，管道中的压力降低，应力交递变化，出会引起管道和设备振动。同时负水锤 时，管中产生不利的真空，造成水柱断流，和再次结合形成的弥合水锤，对管道破坏更为严 重。 目前我国泵站相关设计规范 （室外给水设计规范 GB50013-2006;泵站设计规范 GB/T 50265-97）中对水锤防护的计算已经做以相应的规定。 3 ）管道系统设计和规划中的水锤因素 工程师在设计给水管网过程中需要考虑预算和技术因素，包括运行成本、概算、建设地 点和地形条件等因素。在设计管网和消除水锤设备中需要不断进行复杂的风险评估和方案比 选，以降低建设成本和运行风险。通常管线规划在平坦地区。在这些系统中需要调整管线平 面走向和剖面位置，防止管道在高点积气或压力过低。 在低压给水管道系统比高压给水管道输水中更容易发生水柱分离。钢管，PVC，聚乙烯 管和薄壁金属管容易受水柱分离影响，任何管道在压力冲击下都会产生材料疲劳，管道腐蚀 也会造成管道事故。在容易发生事故的低压管道中，工程师往往采用高级别材质管道以消除 事故。例如在高压大口径管道管网中钢管通常比铸铁或预应力混凝土管道经济，然而工程师 往往倾向选择预应力混凝土管或铸铁管道，因其相对安全和不需要采用额外保障设备。 架空管道比埋地管道更容易受水锤破坏，基础和覆土的结构加强更有利于保护埋地管 道。 在多数小型运行良好的给水管网中，已经充分考虑了安全因素，具有适当的管壁厚度， 适当的调节设施（水池，末端阀）和用户出口。水锤更容易发生在长距离、高流速，没有分 支的主干管中。 影响水锤因素还有压力传递速度和流速。在较短的管道系统中选择较大的管径可以获得 较低的流速以减小水锤的发生，然而在长距离输水管线中管径关乎投资和运行成本，所以必 须设置水锤消除设备。 采用复合式空气阀门消除断流和真空现象需要小心谨慎的分析水锤产生的可能性和情 况以选取合适的阀门型号。许多案例报道证明设计使用过小进气阀门会造成爆管。复合式空 气阀门可提供可靠的水锤防护，同时阀门失灵造成的潜在的危险也应该引起充分的重视。 工程师在设计中须考虑导致产生波动的情况，如水泵和阀门的操作；同时在设计和施工 过程中采用保护措施，并考虑其局限性。 任何现行设计过程中都可以经过模型来模拟和调整并且可以进行预先的演示。在方案和 初步设计上考虑这些因素，更有利于项目的顺利进展。 目前控制压力波动有两种方法。首先在工程设计中提出适当的操作避免紧急情况和非正 常操作发生，力求压力波动发生可能性的最小化。其次是安装消除水锤的设备，消除断电和 设备故障发生的潜在的事故危险。 在设计中采用防水锤措施中也要注意一些潜在的隐患－如调压井在紧急情况下或特殊