建筑消防给水系统中停泵水锤的算法及防护措施

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1、建筑消防给水系统中停泵水锤的算法及防护措施Algorithmsandpreventionmeasuresforstop-pumpwaterhammerinbuildingfireprotectionwatersupplysystem摘要：介绍了建筑消防给水系统中水锤的概念与危害；阐述了目前常用的停泵水锤计算方法，并对各种算法的优缺点和适用条件进行了比较；最后，提出了建筑消防系统中停泵水锤的防护措施。Abstract：Conceptandhazardofwaterhammerinbuildingfireprotectionwatersupplysyst

2、emwereintroduced.Variousalgorithmscurrentlyusedforcomputingstop-pumpwaterhammerwereanalyzed,andacomparisonoftheadvantagesanddisadvantagesaswellastheapplicableconditionswasmade.Finally,preventionmeasuresforstop-pumpwaterhammerinbuildingfireprotectionwatersupplysystemwereputforwa

3、rd.关键词：消防给水停泵水锤防护措施Keywords:fireprotectionwatersupply,stop-pumpwaterhammer,preventionmeasures引言水锤是管道瞬变流动中的一种压力波，它的产生是由于管道中某一截面液体流速发生了改变。这种改变可能是正常的流量调节，也可能是事故而使流量堵截，从而使该处压力产生一个突然的跃升或下跌。消防给水管网内的水体平时处于静止状态，检查测试或临警使用时水体流动，管网压力波动大，易产生水锤现象。在管道输送液体时，闸阀的启闭或水泵的启动与停机，造成管道中流速的突然变化和压力的急剧升高

4、与降低是经常发生的。水锤事故给人们的正常生活和生产带来了严重的影响和损失。从记录上的水锤事故调查可看出，多数水锤事故的结果是轻则水管爆裂，止回阀的上顶盖或壳体被打坏大量漏水，造成暂时供水中断事故，重则酿成泵房被淹毁、消防系统无法作用等严重事故。因此在设计建筑消防给水系统时必须认真研究事故水锤的危险性，分析水锤压力的变化过程，采取合理、可行的防护措施，来确保压力管路的安全运行。1904年，Joukovsky【1】通过试验与推导，首次提出了直接水锤压强的经典计算公式，这是第一次能用公式计算水锤压力，这使得水锤的研究可以与实践相结合。此后随着计算机的不断发

5、展，有关水锤的数值计算方法也在不断完善和发展【2-3】，此外，由于有限元理论的不断发展和应用，国外有些学者开始将有限元方法【4】应用到复杂系统的瞬变流计算。P.W.France采用有限元方法求解突然开启阀门情况下的调压井水位波动。JorgeL.Balino【5】用微分摄动法对管网水锤的敏感性进行研究。随着水锤理论和计算方法的不断完善，对水锤的研究开始与具体的工程实践密切结合，即由理论和方法的研究转向具体工程的瞬变特性分析与水锤危害的控制。本文针对目前国内外使用广泛的各种水锤算法进行归纳和对照，对各种算法的优缺点和适用条件进行了比较，最后，针对目前在建

6、筑消防系统中的水锤防护要点进行了阐述。1停泵水锤的算法分类事故停泵的水锤计算一般分有阀和无阀两种情况。通常，只有在通过水锤计算，确认它允许机组倒流逆转且不发生危害的情况下才允许取消逆止阀。然而安装了逆止阀保护了机组，却增大了管道系统的水锤压力，从而对管路造成威胁。此外，水锤计算还要校核管路降压时是否会存在水柱分离现象，即要避免或排除在管路突起部位发生弥合水锤的可能性。目前常用的水锤计算方法主要分为两类：第一类方法为精确计算类算法，该类算法计算结果比较精确但是计算过程复杂，典型算法有数解法、图解法、电算法；第二类为简易计算，常常在只需要掌握粗略结果时使

7、用，方法比较快速、实用和有效，主要是依据大量图表，它是集水锤大量计算成果（经过验证了的）；并绘制成各种图表，供水锤计算时直接查取。2停泵水锤算法2.1停泵水锤精确计算类算法停泵水锤精确计算类算法有很多，如：图解法、数解法和电算法。其原理均是按照弹性水柱理论，建立水锤过程的运动方程和连续方程，这两个方程是双曲线族偏微分方程。运动方程式为：（1）连续方程式为：（2）式中，H为管中某点的水头，V为管内流速，a为水锤波传播速度，x为管路中某点坐标，g为重力加速度，t为时间，f为管路摩阻系数，D为管径。通过简化求解得到水锤分析计算的最重要的基础方程：（3）（4

8、）其中，为直接波；为反射波。在波动学中，直接波和反射波的传播在坐标轴中的表现形式为射线，即特征线。它表示管路