一起停泵水锤事故分析及其防止

　摘　要：结合银山前区热电工程循环水泵房水锤破坏事故，介绍了水锤的危害及其防止，重点介绍了多功能水泵控制阀的水锤防护过程。

　　关键词：停泵水锤　危害　防止　多功能水泵控制阀

　　1　停泵水锤及其危害

　　银前区热电工程循环水泵房6台60032T循环水泵出口止回阀采用ZDFQ807YX-1，DN800液力自动止回阀，在试车过程中，该止回阀不能实现缓闭，巨大的停泵水锤对水泵和管路造成严重损害。2005年9月17日， 1#、5#循环泵在停泵过程中，先后由于停泵水锤而遭到严重损害，具体表现是: (1)水泵基础出现裂缝； (2)联轴器分别出现3mm和8mm错位，弹性垫圈严重磨损。

　　水锤是指在有压管路中，由于流速的剧烈变化而引起的一系列急剧的压力交替升降的水力冲击现象。水锤引起的压强升高，可达管道正常工作压强的几倍，甚至数十倍。这种大幅度的压强波动往往引起管道的强烈振动，造成阀门损坏、水泵损坏、管道接头断开和管道爆裂等事故。据调查，全国各地区都曾发生过停泵水锤事故，有记录的在200次以上。一般的事故造成“跑水”、停水；严重的事故造成泵房被淹，有的还引起冲毁铁路等次生灾害，还有的设备被打坏，伤及操作人员，甚至造成伤亡事故。

　　2　发生停泵水锤的主要原因

　　停泵水锤大多是由于电力系统故障或水泵机组机械故障导致水泵机组突然停运，造成开阀停车时，在水泵管路中水流速度发生递变而引起压力递变。近年来，自动化程度不断提高，水泵的启停往往实现了远程操作，由于自动化部件故障、电动阀故障、液力自动阀故障等引起的停泵水锤现象出现的概率大大增加。

　　压水管中的水在停泵后的最初瞬间主要靠惯性以逐渐减慢的速度继续向前流动，然后逐渐降至零。管道中的水在重力作用下开始向水泵倒流，速度由零逐渐增大，当管路中倒流速度达到一定程度时，止回阀很快关闭，因而引起很大的压力上升，即形成水锤。而且水泵机组惯性越小，供水地形高差越大时，压力升高越大。

　　分析银山前区热电工程循环水泵房的停泵水锤事故，主要有以下两个原因:一是当时是在试生产阶段，有两台机组运行，一台机组调试，因此，在机组停运时，水流的惯性极小，而管网压力很大(0. 35MPa)，形成的水锤也就非常大。二是出口液力自动阀的功能应是首先迅速关闭60%，然后缓慢关闭；但由于其结构上的缺陷，缓闭液压缸不能发挥应有的作用；当停泵时，在管网压力作用下，液力自动阀快速关闭，使水锤的作用进一步放大，从而使水泵机组遭到破坏。

　　3　防止水锤的主要措施

　　从水泵及其管路方面考虑，以往防止水锤的措施主要是采取设置水锤消除器、设置缓冲气缸等方式，也有的设计基于止回阀快速关闭带来的严重损害，直接取消止回阀，使回水回流至吸水井，降低停泵水锤的压力。

　　但由于水锤消除器和缓冲气缸在安装和使用上都有其局限性和不利因素，因而使用不多；而取消止回阀可因倒回水流冲击泵倒转，引发轴套退扣等诸多问题。为有效地减小和消除水锤事故带来的危害，近年来一种多功能水泵控制阀逐渐被推广开来。

　　多功能水泵控制阀是一种新型的水力控制阀门，一阀可同时替代现行水泵压水管上的电动蝶(闸)阀、止回阀和水锤消除器，并能自动实现开泵时的缓开(准软启动)，停泵时的速闭/缓闭，基本上可以实现现行液控缓闭阀的功能，即两阶段关闭过程，有效地防止水锤事故的产生。

　　基于以上原因，作者提出了将ZDFQ807YX-1型液力自动止回阀更换为JD745X-10型多功能水泵控制阀的建议。现6只阀门已投入使用，在调解阀开度在50%的情况下，阀门完全关闭时间在20-40s之间，能够有效地防止水锤事故发生，达到了预期效果。

　　4　多功能水泵控制阀的水锤防护过程

　　水泵启动前，阀门出口端压力作用在主阀板上，主阀板处于关闭位置，同时膜片控制器的上腔连通压力水，下腔则与阀门进口端的低压相通。水泵启动后，阀门进口压力逐渐升高，同时压力水通过阀门进口端的连接管线缓慢进入膜片控制器下腔，实现主阀板的缓慢开启，开启速度可通过控制阀进行调节。水泵(事故)停机时，阀门进口的压力降低(见图1)，当接近零流量时，主阀板在自身重力作用下迅速关闭。因阀门进口端压力降低(阀门出口端的压力水通过连接管进入膜片控制器上腔)，下腔水通过阀门进口端的连接管压回至阀门进口端，缓闭阀板缓慢关闭，慢关时间可通过控制阀进行调节。主阀板的速闭和缓闭阀板的缓闭符合给水系统的两阶段关闭规律，因此能有效地削减水锤压力峰值。

　附件设计:微止回阀的作用是保证阀门开启的时间大于电机启动时间，使电机轻载启动；阀门开启时间可根据现场工况压力设定。控制阀可调节进出膜片控制器上下腔的水流速度，从而调节缓闭时间；在水泵正常运行时也可手动操作该阀来启闭阀门。

　　多功能水泵控制阀主阀板的开启是由管道中的水流冲击力大小决定的，流速高时主阀板开启度大，流速减小时阀板开启度小；流速接近于零时，主阀板关闭。整个过程与消除水锤的两阶段关闭原理相吻合，因此消除水锤效果很好。多功能水泵控制阀缓闭阀板的关闭，是在膜片式控制器上下腔形成压力差后方能实现，即主阀板关闭后，缓闭阀板方能关闭，因此不会出现缓闭与速闭同步的现象。

　　参考文献

　　[1]黄靖，谢水波.多功能水泵控制阀的水锤防护特性及应用.给水排水， 2002， (5).

　　[2]严煦世.给水排水工程快速设计手册(1)给水工程.北京:中国建筑工业出版社， 1995.