摘要： 断流弥合水锤对于长距离的大型输水管道来说危害极大，水锤升压是普通水锤的数十倍。目前主要通过水力计算模型来预测管道压力情况，主要存在两种模型，其区别在于是否反应出断流现象及计算出断流后的压力。通过理论结合实践得出结论，考虑断流弥合水锤的计算模型更反映出实际情况。

Abstract: Water hammer of cavities collapsing is harm for long distance and large water pipeline,water hammer boost is dozens of times more than the ordinary water hammer. At present mainly through hydraulic calculation model to predict the pipeline pressure, there are two kinds of models, the difference is that whether can reflect the flow and calculate pressure. By combining theory and practice conclusion, consider the water hammer of cavities collapsing model reflects the actual situation.

关键词： 断流弥合水锤；水力计算模型；两种模型

Key words: water hammer of cavities collapsing；hydraulic calculate model；two kinds of model

中图分类号：TV22 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2012）21-0105-02

1 水锤计算模型

1.1 传统的暂态流动计算程序模型 传统的暂态流动计算程序模型是根据有限差分方程和边界条件，按小步段小时段逐步地来求解暂态流动参数。步骤：常数计算——初始条件计算——内节点计算——边界结点计算——给出下一时段的初始条件——进行下一时段内节点和边界结点的计算。

1.2 考虑断流的水力过渡计算模型 断流弥合水锤又分为空气型和蒸汽型两种，要充分考虑这两种断流原因对整个输水管道的影响。蒸汽型断流弥合水锤是由于负压波效应使连续的液体被蒸汽空腔隔开，又被压缩波挤压溃灭，从而导致两股水流相撞产生瞬间升压。本文以宏观角度分析，从一种连续液体加固定蒸气穴的模型出发来分析断流弥合水锤。对于可能发生完全断流型的固定断面，如果在分时段计算的过程中，断面不发生蒸汽穴，可按通常的水锤计算公式继续运算。如果断面发生蒸汽穴，蒸汽空腔发生的时该起，蒸汽空腔累计体积为VL=∑Q■-Q■Δt随着时段的推移，蒸气空腔扩大、缩小、消失，两连续液柱又重新接合，这时应指令VL=0，并按通常水锤计算程序计算Qpi和Hpi。

空气型空腔断流弥合水锤是管道某处出现真空时由管道中的防护设备（排气阀、真空破坏阀等）进入空气，压力升高后气体析出使管道中存在断流空腔，由于气体不能及时排出，导致空腔在压力下溃灭发生水锤。当进气阀设置断面处的压强小于大气压时，开始自动进气，并维持该处为大气压；当管内空气长度达最大长度（压缩波动来之前时段空腔长度），空气腔长度开始出现负值，即空气腔开始缩短时，则进气阀自动关闭，让已进入管内的空气，按气体状态方程进行压缩。在空气腔长度达到最大值后，出现空气腔长度＜0。当空气被压缩时，空气腔长度与绝对压强P成反比例关系变化。

2 实际工程中计算中两种水力计算模型的结果比较

我们根据西北某具体工程，利用这两种计算模型模拟计算管道升压情况，并且绘图直观表达，由两种模拟程序输出的包络线图结合工程实际情况，可以较直观的判别其优劣。

2.1 工程基本资料 泵站安装3台200SLD280-43-4型水泵，设计工况2台运行，1台备用；3台水泵并联成一排出水管。出水管为DN350mm的石英夹沙玻璃钢管（FRP管）。水泵出水设计安装两阶段液控缓闭蝶阀。

2.2 考虑断流水力过渡计算模型对此工程的计算分析 正常运行时，管道压力均在设计承压线之下、管中心线标高之上，无超压无断流，管道系统运行状况良好，管道系统运行安全有保障。

防护方案：水泵出口安装液控缓闭蝶阀、距离水泵出口50米处安装箱式双向调压塔、管道适当位置安装6台缓冲排气阀。

安装防护措施后，由液控缓闭蝶阀的关闭时间绘出水锤包络线：

根据图1可见，安装箱式双向调压塔后，管路首端水锤升压明显降低，在关阀时间为90秒时，水锤首端最大包络线在设计承压线之下大概80米，与未安装防护措施的包络线相比下降了1060米水柱的压力，管路压力均在设计承压线之内，且整个管线基本无断流，管道系统运行平稳。因为管道系统水锤相为11.78S，为了避免关阀过快导致直接水锤并能有效防止水倒流入泵站，建议快关时间定为10S，总共关阀时间定为90S，且水流倒流的转速均低于水泵额定转速的1.2倍，符合要求。

2.3 无断流水力过渡计算模型对此工程的计算分析

在水泵出口处的液控缓闭蝶阀的基础上，只需在管道适当位置安装10处排气效果好的恒速缓冲排气阀就能保障管道系统的安全运行，模型计算的包络线如图：

此种模型在未加任何防护措施的条件下，通过编程计算包络线图可见，管道的最大包络线明显下降且非常平稳，管道系统貌似安全。但是最低包络线大部分在水的汽化压力之下，虽然最低包络线指的管线上每一处的压力暂态最低值，并非同一时间内出现的，但是如此长的距离低压均低于水的汽化压力值，管道中出现气囊是必然的，一旦出现气囊，气囊聚集之处断流随即发生，断流弥合水锤的升压是普通水锤升压的几十到上百倍，与程序模拟的最大包络线的压力显然是矛盾的。由图2我们可以看出，无断流的水力计算模型貌似防护设备较简单就能满足管道安全运行。但是因为其未考虑到管道会发生断流弥合水锤的巨大超压，所以模拟出来的包络线不能全面反映管道真实压力情况，一旦发生断流再弥合水锤，损失是巨大的。目前，考虑管道断流弥合水锤的水利过渡计算模型是目前最先进的，经得起实践的检验，获得国内大型设计院的接受与肯定。

3 结论

通过分析对比这两种水力计算模型的包络线，我们可以看出无断流的水力计算模型程序中未考虑断流影响，防护措施相对简单，一旦实际情况发生断流弥合水锤，管道系统十分危险。考虑断流的水力过渡计算模型更能反映出管道系统实际运行压力，防护措施安全可靠，被越来越多的业内人士所接受。

参考文献：

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