近年来，随着城市的建设和业务的拓展，长距离翻山越岭的输水项目越来越多。这些扬程高、距离长、管线多起伏的加压输水管线系统，瞬态水力特性较为复杂，泵站与管线的水锤综合防护是一个值得研究的重大课题。今天我们就以最常见的止回阀和排气阀来分析一下它们在管线水锤防护中起到的作用。

　　水泵与止回阀是供水管路中最基本的设施，止回阀安装在泵出口，与水泵构成一组合便捷，水泵提供压能将水从低位池输送到高位池，止回阀用于防止泵机组由于动力突然中断时因逆流引起的飞逸反转。普通止回阀的阀瓣动作主要受流动介质的控制，其关闭过程通常滞后于水流的停流过程，阀瓣不得不在逆流中突然关闭，而在关闭的瞬间，逆流介质突然停止流动，流速由最大突变为零，在流体惯性的作用下，阀门下游侧压力将升高，形成所谓的关阀水击压力，当其值足够大时就会引起管道破裂等事故。

　　从理论上讲，水流从正向到逆向流动之间有一个零流速点，此时流动瞬间停止，若能使阀瓣正好在此时关闭，则水流的惯性冲击力最小，水击压力也就最小，这是止回阀最理想的关闭方式。但由于工程实际问题的复杂性，想真正做到零流速关阀是不现实的，因此出现了两种不同的关阀方式：一种是缓闭式，就是在止回阀中增设辅助装置或机构调节阀瓣的关闭助力矩，使阀瓣的关闭动作先快后慢，尤其在最末端行程中缓慢关闭，达到减轻水击的目的。这类阀具有较好的关闭特性，但结构复杂，成本较高，一般应用于要求较高的系统。另一种是快关式，就是通过减小阀门开度、缩短阀瓣行程或在运动部件上附加外力等方法，达到加快阀瓣关闭速度，缩短关闭时间，使其在介质倒流前或在倒流速度很低的情况下完成关闭;这类阀结构简单，成本低廉，因此广泛应用于一般管道输送系统;然而，阀瓣关闭速度过快，却可能导致阀后水柱发生分离，从而产生强烈的断流弥合水击，及弥合水锤。

　　为避免阀门关闭过快导致水柱分离，产生弥合水锤，目前常用的方法是在止回阀后安装进排气阀、空气罐等设施。

　　进排气阀一般旁接在支管上，比主管轴线高，当安装点的管内压力降低到大气压以下时，气阀打开，让空气进来，避免水柱分离;当管内压力上升到大气压以上时，又将气体排出管外，待空气基本排放完后，自动关闭，以阻止水外溢。因此，进排气阀能有效消除水柱分离，预防弥合水锤的产生，但其结构较复杂，且存在阀芯动作失灵，介质外泄的隐患。

　　空气罐常用于减缓或消除管线系统的水击压力，其结构简单，反应灵敏，工作可靠，但容量大小、安装位置等需根据具体情况，经复杂的计算而定，费时费事。工程中常常是凭经验而定，可能会引起一些意想不到的后果。空气罐并不一定是起到减缓水击压力的作用，有时它反而会增强水击压力，在泵突然停机时，止回阀下游处的压力突降，若空气罐离阀太近，罐内的水在气压作用下迅速流出罐外，从而增大了阀内的逆向流速。若空气罐容量合适，安装位置合理，控制水击的效果就很好。最简单方便的措施是在管路中增设一个或多个止回阀(称为线路止回阀)，线路中设置的止回阀可以阻止水柱的大量倒流，起到了有效防止断流弥合、气穴溃灭的作用。但值得注意的是，如果管线停输时止回阀关闭严密，二者之间的密闭管段由于存在气(汽)体而处于不满管的状态，则泵重新启动时也可能引发新的水击;因此，设置于线路上的止回阀应允许有一定的泄露，最好选用带旁通回流管的止回阀。

　　在我们的实际工程中，由于水锤效应引起的事故不计其数。有一个经典案例跟大家分享一下，在深圳的梅陇泵站，1998年设计，1999年建设，2000年投产，至今已安全运行21年，其日供水量约11万m³/d，扬程95m，采用的是DN1100的管道，全长8km，由于扬程很高，且一直无管道爆管等事故发生，经常有人去该泵站取经，其秘密就在泵站外的管线之上，该泵站有5台水泵，5个DN500快闭缓闭式止回阀，阀后各1个DN100复合式空气阀;2个DN300水击预防阀(从两侧回泄吸水池)，沿线凸峰节点1个DN250-5mm注气微排阀。其全线8km，就靠这个注气微排阀来消除负水击，属于被动性水击防护措施。

　　在川店供水管网设计中，全程将近30km，地势起伏没有上述工程那么大，但是在设计方案中，所有高点都设置了排气阀，在地上较为平缓处每隔一段距离也设置了排气阀，虽然管线较长，但能够有效的消除部分水锤的影响，使管线能够在允许的工作压力下正常运行。

　　对于长距离大口径输水管道我们往往能够意识到预防水锤的产生，但是小管道的水锤效应我们也不能忽视，在新垸引江济汉渠附近的一处φ160PE管道，由于该处用水高峰期时水量较低，本打算在此增加一处加压设备在高峰期时进行加压供水，在前期准备装泵测试的过程中，由于测试后方无排气阀，且过桥管道安装已经有了一定年限，在关泵后的几个小时内发生了爆管事故，据分析，该次事故的产生可能原因之一就有在前期测试加压设备后直接停泵，使管道内产生负压，又由于无可吸气的空气阀，使得管内产生了真空，后再进行常压供水时产生了弥合水锤，导致管道连接处脱落。后期修复此条管道时，设计了复合式进排气阀，以此来对停泵启泵时产生的水锤有一定的消除作用。在我们的日常抢修施工中，在有条件的情况下，关闭和开启阀门可以尽量放缓一点，或者通过逐步减小多个阀门的开闭程度，以免管道中的空气无法及时排除，产生的弥合水锤对我们的管网造成破坏。

　　由于长距离输水管线具有管线长、流量大、扬程高、多起伏等特点，停泵水力过渡过程较复杂，最显著的特征就是在管线局部高点或者管段可能发生断流弥合水锤。在断流弥合水锤的发生和发展过程中，负压的存在容易造成管道受压变形以及外界污染物和微生物的入侵，影响输水水质，而弥合升压对管道造成的剧烈压力振荡容易导致管道的疲劳损坏，并引发爆管事故。在实际工程中，合理设置水击泄压阀、空气罐和进排气阀，并且设置合适的止回阀关闭方式，能有效的预防和解决正压水锤与负压水锤的影响

　　(通讯员：肖王金)