某泵站供水管道全长为2 450 m（图1），泵站内安装两台150S-100型卧式离心水泵。二台卧式离心水泵通过水泵房内一根Φ 426×8的钢管与供水主管道连接，供水主管道与出水池通过一根Φ 219×6的钢管连接。泵站内的两台水泵平时一主一备运行。当水泵运行时突然断电，水流动量的瞬时变化首先将在管道内产生负水锤压力波，如果负压较大，产生水柱脱流，当水柱再弥合时，将产生严重的正水锤，造成管道、调节阀和水泵的损坏，必须采取措施提高管道中发生的负水锤压力，保证管道的稳定性。
因此对本泵站一台水泵运行突然断电工况进行了计算，求管道的最大水锤压力上升值和管道沿线的最低压力分布线，为管道、支墩的强度计算以及管道突拐点部位的最低压力值的校核提供设计依据，并对泵组增加附加惯性飞轮的水锤防护措施后，水泵出口采用液控蝶阀或微阻缓闭止回阀的水锤防护效果也进行了比较计算，为长供水管道水泵出口阀门的选择提出了建议。
图1 供水管道单线图
表1 供水管道水锤计算工况及计算结
图2 工况P-1～P-5，沿管线的最高、最低水锤压力变化线果
说明:工况P-1～P-5为水泵出口安装微阻缓闭止回阀的供水管道水锤计算结果，工况P-6～P-10为水泵出口安装液控蝶阀的供水管道水锤计算结果。
一、水泵及水泵出口阀门主要技术参数
1、水泵技术参数
水泵型号：150S-100
水泵额定扬程：100.0 m
水泵额定流量：0.044 m3/s
水泵额定转速：2 950 r/min
水泵和电机的转动惯量：0.70 kg·m2
2、水泵出口阀门技术参数
1）液控蝶阀
型号：300KD741X－16（DN300，PN1.6 MPa)
开阀时间（可调）：20～60 s
快关阀时间（可调）：1.5～15 s
慢关阀时间（可调）：3～60 s
快关阀角度（可调）：70°±8°
慢关阀角度（可调）：20°±8°
动作原理：当水泵断电时，液控蝶阀接到关阀信号后，电磁阀动作，阀门在重锤作用下，先快关截断大部分水流，防止水泵飞逸，然后利用双偏心结构在动水力和重锤力混合作用下缓慢关至全关，减免水锤现象引起的水压增高。
2）微阻缓闭止回阀
型号：HH44X－16（DN300，PN1.6MPa）
动作原理：当水流倒流时，在倒泄水流的动水压力作用下才开始关闭阀瓣先速闭，后缓闭，缓闭时间在0～60s内可任意调节。
二、水锤计算工况及水锤计算结果
水锤计算工况及计算结果见表1。工况P-1~P-5沿管线最高、最低水锤压力变化曲线见图2。工况P-6～P-10沿管线最高、最低水锤压力变化曲线见图3。
图3 工况P-6～P-10，沿管线的最高、最低水锤压力变化线
三、结论
1）由工况P-1和工况P-6计算结果数据和沿管线最高、最低水锤压力变化曲线图可以看出：在水泵断电工况，无论水泵出口是安装微阻缓闭止回阀还是液控蝶阀，整个管线都出现了危及管道安全的水柱脱流，因此根据泵站的实际情况采取附加惯性飞轮的水锤防护措施；
2）若水泵出口安装微阻缓闭止回阀，由工况P-1～P-5计算结果数据和图1可以看出：在水泵断电工况，整个泵组的转动惯量由WR2=0.70 kg·m2增加至WR2=7.7 kg·m2并没有消除水柱脱流和较大的正水锤压力，经计算，即使再增加WR2值也不能完全消除水柱脱流。因为，采取了附加惯性飞轮的水锤防护措施以后，增加了水泵机组的和水体的惯性，延长了水体倒流的时间，而此时管道中流速和压力都已减少和降低很多，微阻缓闭止回阀是在水体倒流后快关，必然会加剧产生较大的水锤压力。
3）若在水泵出口安装液控蝶阀，由工况P-6～P-10计算结果的数据和图2可以看出：在水泵断电工况，水泵出口液控蝶阀动作，随着附加惯性飞轮的转动惯量由WR2=0.70 kg·m2增加至WR2=7.7 kg·m2，水锤最低压力线逐渐上移，水锤最高压力线逐渐下移，水锤负压值逐渐减少，相应的水锤正压值也逐渐减少。附加惯性飞轮的转动惯量WR2=7.7 kg·m2时，管道基本上没有出现危害管道安全的负压值，因此本泵站水泵出口安装液控蝶阀后，附加惯性飞轮的转动惯量值只需采用WR2=7 kg·m2可满足水锤防护的要求。
总之，与微阻缓闭止回阀相比，虽然液控蝶阀的结构比较复杂，投资大，维护要求高，但其水锤防护效果却远远好过微阻缓闭止回阀，因此，对供水管道较长，易产生较大水锤压力的泵站需设置附加惯性飞轮的水锤防护措施并在水泵出口安装液控蝶阀才能有效地防止产生水柱脱流，不会出现较大的正水锤升压，满足管道安全稳定运行的要求。
