浅析长距离输水管道停泵水锤的简易算法及防护
王保庆 李青坤 邹建伟
【摘 要】【摘 要】南水北调配套续建工程贾庄至卧虎山水库输水工程采用水锤压力简易算法对工程设计方案进行合理比选，并计算了泵站停泵水锤的最大特征值及特征桩号，为管道水锤防护措施提供依据，在实践中取得了良好的效果，具有一定的理论与实践意义。 【期刊名称】水利建设与管理 【年(卷),期】2017(037)003 【总页数】9
【关键词】【关键词】长距离供水管道； 停泵水锤； 简易算法； 防护措施 在长距离输水管道工程运行过程中，水锤对输水管道的危害很大，往往会产生爆管问题，尤其是管线起伏大、地形复杂的管道。近年来我国长距离输水工程逐年增多, 在设计过程中，针对长距离输水管道停泵水锤的计算以及防护是设计人员亟需解决的问题[1-2]。本文结合南水北调配套续建工程贾庄至卧虎山水库输水工程，阐述了对停泵水锤的计算及防护。
1 工程概况
济平干渠贾庄分水闸至卧虎山水库输水线路，全长29.62km，其中贾庄提水泵站至罗而庄加压泵站输水线路长14.40km，罗而庄加压泵站至寨而头加压泵站输水线路长9.80km，寨而头加压泵站至放水洞输水线路长5.40km。所经线路地貌类型为黄泛冲积平原(0+000～4+000段)、山前倾斜平原(4+000～12+020段)及低山丘陵(12+020～29+618段)，管道沿程敷设方式均为直接地埋式，输水流量3.47m3/s，管材选用钢套筒管和螺旋钢管，其中钢管管径为
DN1600，壁厚14mm，部分管段壁厚为20mm。设计管道的最小管顶覆土深度为1.50m，管道穿越河沟、公路等地段时，管顶覆土厚度不小于2m。工程主要任务是调引长江水、黄河水进入卧虎山水库及直接向用水户供水，解决济南市区水资源严重紧缺状况，优化供水体系，有效利用水库调节库容，提高供水保证率，适应和满足济南社会经济发展，提高人民生活水平及改善投资环境的需要，实现水资源的可持续利用。
2 水锤简易计算法
关于事故停泵过程中最不利参数的计算,通常有电算法和图解法，电算法利用电子计算机解析泵站水锤问题,虽然具有较高精度,但是,计算方法烦冗、费时；图解法方法非常不便，为此不少学者和工程技术人员利用大量计算成果，绘制出各种计算图表，大大简化了水锤计算，这就是所谓的水锤简易计算法[3]。 2.1 帕马金简易计算法
美国工程师J.帕马金最早提出了一组基于图解曲线的简易计算法，使计算工作大为简化[4]，如图1所示。
图解方法是先求出管道特性参数2ρ、水泵机组转子的惯性系数K和水锤波在管道中往返一次需要的时间2L/a，然后求出乘积K×2L/a，即可在曲线的纵坐标上查出水泵出口处的最大降压和最大升压、管道中点的最大降压和最大升压等一系列数据。其中： a.水锤波波速。
式中 a——水锤波的传播速度，m/s；
k——水的弹性模量，k=2.06×109Pa，铸铁管k=9.80×1010Pa，钢管k=20.60×1010Pa；
E——管材弹性模量，Pa； D——水管的公称直径，mm； δ——管壁厚度，mm。 b.管道常数。 2ρ=av0/gh0
式中 v0——水泵额定工况下管中流速，m/s； h0——水泵额定工况下的扬程，m。 c.机组惯性系数。 K=182.5N0/
式中 K——水泵惯性系数； N0——水泵额定工况下的轴功率； n0——水泵额定转速；
GD2——机组转动部分的转动惯量矩。
估算水泵出口装有逆止阀的停泵水锤值时，可用图1求出水泵出口处和管道中点处的最大降压值，然后将其绝对值分别加于水泵处和管道中点处的静水头，从而得出逆止阀关闭时，水泵处和管道中点处的最大升压值。 2.2 福泽清治简易计算法
日本工程师福泽清治根据电子计算机数百种水锤解析资料归纳出计算曲线图。该计算方法是考虑了管道的阻力损失及长管道系统可能产生水柱分离的事故停泵水锤的简易计算法，采用Kμ为横坐标(K为水泵的惯性系数， μ为水锤相)，采用水锤过程中最低降压水头(即实际产生的最低压力水头与水泵额定扬程之比)和开始倒流的相对时间γ(实际时间与水锤相时间μ之比)为纵坐标绘制而成，
浅析长距离输水管道停泵水锤的简易算法及防护
