每一次故障都意味着系统正常运行受到干扰，并会产生购买必要零部件和进行维修的相关费用。当然，在大多数情况下，故障属于偶发问题。不过，通过适当的维护和规划，可以避免许多风险。对于供水设施和各种水系统而言，主要风险之一是发生所谓的水锤现象。研究表明，在未配备保护装置的供水管网管道中，这一现象导致了近80%的故障。那么，什么是水锤？其原因是什么？又该如何预防？本文将为您解答这些以及其他相关问题。
水锤——现象的理论基础
水锤是指由于管道内流体流速在短时间内发生非计划性、快速且强制性的变化而导致的压力突然升高。该现象的名称源于其过程中产生的特有声响，听起来像用锤子敲击的声音。根据专业定义，水锤是“由在管道中运动的液体质量的惯性引起的，其流速会发生突然变化”。此外，“流动液体的速度和体积流量发生剧烈变化，会导致截面总能量中动能和势能所占比例发生局部变化，并表现为流体压力的升高或降低。在流体速度极其迅速地减小时，动能会急剧下降，从而导致势能增加，并表现为压力的大幅升高”。
根据现象的特征，水锤可分为正水锤（压力升高）和负水锤（压力突然下降）。无论哪种类型，水锤都可能导致许多问题，例如：
- 管道损坏，
- 水泵损坏，
- 电机损坏，
- 止回阀损坏，
- 流动水流中断。
问题产生的原因是什么？
是什么导致了水锤这一负面现象？原因可能有很多，但实践表明，两个主要方面是：
- 水泵出水管上的止回阀安装在水面以上九米的位置，
- 安装在水泵出水管道上的止回阀存在泄漏，而安装在前一个止回阀上方的另一个止回阀仍保持密封。
其他可能导致问题的原因包括：
- 管道破裂、水泵突然堵转、阀杆拧断或闸阀螺纹脱扣、易变形部件发生振动等故障，
- 气蚀现象，其原因包括水流速度过高、压力水头与特定温度下液体蒸发压力之间存在较大差异、闸阀关闭，或管网节点位置过高，
- 意外事件，包括突然断电、流动初始条件发生变化、节点流量发生变化，以及起始或中间网络水箱中的水位发生变化，
- 系统运行不当，例如同时关闭为同一管道供水的所有水泵、错误关闭或开启闸阀，以及维护和检修不当，
- 水泵运行不均匀或浮球阀工作引起的振动。
不过，原因还不止这些。采用不匹配的解决方案也可能导致问题，例如在旧管道内部铺设直径更小的新管道（其结果是流体流速增加）。需要注意的是，任何改动都可能导致意外损坏，因此应根据所分析系统的特性选择新的解决方案。
如何预防？
重要的是，可以预防水锤及其相关问题。部分方法包括：
- 选择正确的管道截面和保护装置，选择合适的阀门和闸阀，同时防止共振现象，
- 通过直接改变系统配置来尝试消除水锤现象，包括调整管线走向、管道长度、管径、管道材料、连接方式或旁路，
- 在系统中引入各种装置和机制，使液体从管道中排出，或暂时储存在系统外的某个空间中；这意味着使用水气罐、在排出口安装差压孔板的水气罐、进气阀或安全阀。
