在供水管道工程安裝完畢后,我們都會進行管道的試運行,看看管路是否存在問題。當在停泵或者關閥時,管內會出現噪音。有時噪音較小,從外觀上看只有小幅度震動;有時噪音較大,從外觀上看有大幅度震動,甚至管道破損。這種現象是由什么原因造成的呢?我們稱之為“水錘”。
什么是水錘?在密閉管路系統內,水體流量發生急劇變化而引起較大的壓力波動并造成振動,便形成了“水錘”。水錘分為正水錘和負水錘,正水錘是當打開的閥門突然關閉,水流撞擊閥門產生一個撞擊壓力,而后續水流在慣性的作用下持續撞擊產生疊加壓力;負水錘是關閉的閥門在突然打開或給水泵啟動后,前面的水體已經流動,而后面的水體還未跟上前面的水體時產生的負壓力。
舉例說明,我們把一單位長度的水體比作一輛汽車,流速比作汽車的車速,閥門比作路上的一堵墻。正水錘就是當路上有連續、車距近乎零的汽車在行駛,第一輛汽車突然撞到墻上,而后續的車輛發生連續追尾事件。負水錘就是當路上有連續、車距近乎零的汽車被一堵墻擋住去路,當墻體被移除后,每一輛車陸續起步導致車距不再為零,此車距如換作發生在密閉的管道中就會產生一種真空的負壓力。
水錘的量化分析。正水錘的壓力與水當時的動量有關,符合沖量定理:
但由于水體擁有一定壓縮性,對壓力有一定的緩解能力,公式中水的質量m不一定等于整段管長L的水的質量。如果忽略管長對水錘壓力的影響,可以用系數α來代替
從公式可以看出,管徑、流速越大的管道,關閉閥門時產生的水錘壓力越大,閥門的關閉時間越短,產生的水錘壓力越大。
負水錘壓力遠小于正水錘壓力,管道和管件所承受的壓力以正水錘為主。
水錘的破壞性。正水錘有兩種作用力,一種是直接作用在閥門上的壓力,另一種是管道后續水體的疊加力。后續水體的疊加力在直線管道中會疊加直接作用在閥門上的壓力,在管道彎頭位置會疊加對彎頭水流方向的力,彎頭彎度越大疊加的壓力越大。就如舉例中的汽車追尾情況,如果是在直線道路上追尾會疊加對墻體的撞擊力,而在彎道上追尾就會把汽車撞離道路。如果直接作用在閥門上的壓力過大,會導致出現閥板變形、法蘭斷裂或者管道變形等情況;如果疊加在彎頭的壓力過大,會導致出現管道彎頭脫離原位、承插式安裝的管道橡膠圈脫出等情況。負水錘則會產生真空負壓力,如果負壓較大會使柔性管道癟塌、剛性管道破裂。
那么,要如何降低水錘的危害呢?例如在水泵調試中,管徑是固定的,流速是由用水需求決定的,而閥門的關閉時間是可以人為控制的,延長閥門的關閉時間就是降低水錘危害最簡便的方法。因此,在平常管道安裝完畢后,應先圍繞理論計算進行調試,確定關閥時間限值,并在確保不小于限值的情況下進行安全技術操作,保障供水安全。