供水管道壁光滑，后續(xù)水流在慣性的“幫兇”下，水力迅速達(dá)到zui大，所以容易造成破壞作用（如破壞閥門和水泵等），這就是水力學(xué)中的“水錘效應(yīng)”，也叫正水錘；相反，閥門或水泵突然開啟，也會(huì)產(chǎn)生水錘效應(yīng)，叫負(fù)水錘。這種大幅波動(dòng)的壓力沖擊波，極易導(dǎo)致管道因局部超壓而破裂、損壞設(shè)備等。所以水錘效應(yīng)防護(hù)是供水管道工程設(shè)計(jì)施工中必須要考慮的關(guān)鍵因素。
為了降低水錘效應(yīng)，保障供水系統(tǒng)安全，需設(shè)置防水錘空氣閥和水錘防護(hù)系統(tǒng)（防水錘監(jiān)測(cè)系統(tǒng)或者管線水錘及漏損監(jiān)測(cè)系統(tǒng)），也就是說要安裝管道泄漏監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，能夠及時(shí)觀察到水錘效應(yīng)，即使有泄漏或者爆管等情況出現(xiàn)也能及時(shí)發(fā)現(xiàn)具體位置，為后續(xù)處理帶來方便。
解決方案：
一、防水錘空氣閥
（1）設(shè)備要求
空氣閥應(yīng)采用全新的合理的工藝和耐用性設(shè)計(jì)，并且具有適合本地冬季環(huán)境溫度低達(dá)零下40℃及使用條件的等級(jí)和質(zhì)量。所有的空氣閥零部件應(yīng)嚴(yán)格精確制造，并能與同類型零部件互換使用。
（2）型式及基本參數(shù)
防水錘空氣閥既有排氣功能又有補(bǔ)氣功能，在管道異?？焖俪渌蛩鶑浐锨闆r下，通過限制排氣速度產(chǎn)生臨時(shí)氣囊，減緩水柱彌合速度，降低壓力波動(dòng)。閥體要求立式地面下安裝。
（3）結(jié)構(gòu)
防水錘空氣閥建議采用一體化圓柱形設(shè)計(jì)，即低壓進(jìn)排氣、高壓微量排氣裝置處于整個(gè)閥體內(nèi)部，整個(gè)空氣閥外部無突出零部件，便于保護(hù)閥門元件，利于節(jié)省安裝空間同時(shí)免于遭到意外損壞。
低壓進(jìn)排氣裝置：主要由閥體、浮子、污物防護(hù)罩等組成，防水錘空氣閥為全通徑設(shè)計(jì)。若閥體內(nèi)無水，浮子將下沉到下部位置以允許空氣從閥體下側(cè)和閥體頂端的排進(jìn)氣孔口自由進(jìn)出管道。在孔口上與閥體連接安裝保護(hù)罩以免污物進(jìn)入閥體。若閥體內(nèi)充水時(shí)，浮子將上升直到與頂蓋上孔口周圍的止水裝置接觸，此時(shí)止水裝置可防止水冒出閥體。
微量排氣裝置：微量排氣裝置的作用，當(dāng)管道內(nèi)有壓力的情況下，空氣閥充滿水，可以自動(dòng)動(dòng)作，隨時(shí)排放在管道正常運(yùn)行期間積累的少量空氣。因?yàn)楸竟こ淘沉枯^高，微量空氣閥應(yīng)為耐污型，運(yùn)行時(shí)在任何工況下都應(yīng)避免閥內(nèi)的水接觸到微量空氣閥的排氣口，造成水中雜質(zhì)卡堵在排氣口上，造成密封不嚴(yán)而漏水的現(xiàn)象。微量排氣裝置應(yīng)設(shè)計(jì)合理，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，無任何冗余密封部件，密封性能可靠，免維護(hù)。
防水錘裝置：其主要作用為當(dāng)管道出現(xiàn)非正常工況發(fā)生水柱分離后的水柱彌合階段通過限流盤來限制空氣閥的排氣速度，在一定時(shí)間內(nèi)使管道內(nèi)留存空氣，形成氣囊，通過空氣的可壓縮性和彈性降低快速流動(dòng)的水對(duì)管道的沖擊，保護(hù)管道安全。防水錘裝置具有可調(diào)節(jié)緩閉調(diào)整機(jī)構(gòu)，可根據(jù)水錘分析計(jì)算結(jié)果和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際運(yùn)行工況現(xiàn)地調(diào)節(jié)氣囊維持時(shí)間，以達(dá)到消除彌合水錘的合理效果。為避免管道內(nèi)可能存在的雜物對(duì)防水錘裝置造成卡堵和纏繞，防水錘裝置應(yīng)位于浮球上方以避免與水接觸。
主浮球、副浮子，只能垂直上下移動(dòng)，避免充水過程中，高速氣流沖擊浮球，引起浮球密封偏移及振動(dòng)。
防水錘空氣閥應(yīng)為整體鑄造而成，不允許通過焊接連接和補(bǔ)焊修補(bǔ)。采用球墨鑄鐵的閥體和閥蓋均需采用樹脂砂鑄造，毛胚不得有砂眼、氣孔。鑄造結(jié)構(gòu)為同質(zhì)性材料，不得含有非金屬物和其他雜質(zhì)。所有未經(jīng)機(jī)加工的鑄件表面應(yīng)進(jìn)行磨光處理并仔細(xì)地清理鑄件毛刺。
二、防水錘監(jiān)測(cè)系統(tǒng)介紹
（1）系統(tǒng)要求：
管線水錘及漏損監(jiān)測(cè)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)在線監(jiān)測(cè)供水管道的爆管或漏損事件，基于現(xiàn)場(chǎng)高頻壓力傳感器和時(shí)鐘同步技術(shù)監(jiān)測(cè)爆管漏量：240升/分以上，實(shí)現(xiàn)50米的爆管定位精度；
識(shí)別和展示壓力瞬變水錘事件（施工、閥門操作、水泵啟停、排泥沖洗等），及時(shí)報(bào)警管理人員，定位瞬變?cè)吹奈恢没騾^(qū)域；同時(shí)驗(yàn)證過渡過程的理論計(jì)算和水錘防護(hù)設(shè)施，并指導(dǎo)運(yùn)行人員科學(xué)安全操作。
識(shí)別和展示管線壓力瞬變水錘事件，在線記錄顯示水錘壓力變化曲線，實(shí)現(xiàn)報(bào)警，并確定壓力瞬變?cè)春投ㄎ唬?yàn)證過渡過程理論計(jì)算。
基于管內(nèi)0.3MPa運(yùn)行壓力以上，傳感器沿主管道800-1200米安裝間距，能夠?qū)崿F(xiàn)管道0.5-1.0%額定流量的爆管漏失實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和報(bào)警，通過時(shí)鐘同步技術(shù)確定漏失位置，精度±50米范圍。
壓力瞬變（水錘）分析，結(jié)合供水管道材質(zhì)、管齡、管徑等等參數(shù)，基于現(xiàn)場(chǎng)存在的壓力瞬變強(qiáng)度和數(shù)量，評(píng)估管網(wǎng)的爆管風(fēng)險(xiǎn)，并展示危險(xiǎn)管線的區(qū)域。
監(jiān)測(cè)傳感器安裝位置周邊(約300-500米)跑冒滴漏的現(xiàn)象，實(shí)現(xiàn)微小漏水監(jiān)測(cè)，系統(tǒng)通過頻譜分析功能實(shí)現(xiàn)報(bào)警。
管網(wǎng)異常事件管理（水泵開停、閥門開閉、施工、沖洗、排氣故障等），完整、準(zhǔn)確掌握供水系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)傳感器位置的排氣閥工作狀態(tài)，提示管理人員的日常維護(hù)，避免因排氣閥故障而導(dǎo)致的水錘產(chǎn)生，破壞輸水管線的安全。
管道泄漏監(jiān)測(cè)系統(tǒng)能夠自學(xué)習(xí)供水/用水模式，幫助用戶快速判斷給水系統(tǒng)問題，提高供水運(yùn)行的可靠性、安全性，基于供水壓力實(shí)現(xiàn)供水調(diào)度，并及時(shí)自動(dòng)發(fā)現(xiàn)運(yùn)行異常，提高調(diào)度管理的效率和水平。
（2）系統(tǒng)構(gòu)成與配置
在確定排氣閥位置上安裝一體式傳感器，必須包括高頻壓力計(jì)和水聽器，同時(shí)傳感器接觸到管道內(nèi)的水。安裝傳感器位置間距的設(shè)置原則：800-1200米，現(xiàn)場(chǎng)條件在此間距范圍內(nèi)適當(dāng)調(diào)整位置。
傳感器通過現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集通信裝置RTU，3G/4G無線和光纖通信方式，將采集到數(shù)據(jù)傳輸?shù)秸{(diào)度控制中心分析平臺(tái)對(duì)管道進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和分析。
系統(tǒng)配置要求
1)現(xiàn)場(chǎng)硬件設(shè)備必須包含：
-高頻壓力傳感器
-水聽器
-通信數(shù)據(jù)傳輸裝置RTU
-GSM（3G/4G）和同步授時(shí)時(shí)鐘天線
-不銹鋼控制箱及電源附件
2)通信方式：3G/4G無線通信或光纖通信。當(dāng)空掛光纜出現(xiàn)故障時(shí)，通訊系統(tǒng)能夠保證故障點(diǎn)兩側(cè)的監(jiān)測(cè)設(shè)備能夠分別向線路兩端傳輸數(shù)據(jù)，再通過水廠與各管理站之間的有線VPN網(wǎng)絡(luò)將監(jiān)測(cè)信號(hào)傳回至水廠監(jiān)測(cè)系統(tǒng)平臺(tái)軟件。
3)監(jiān)測(cè)分析平臺(tái)軟件：客戶端服務(wù)器安裝方式
4)電源：風(fēng)光互補(bǔ)電源供電，帶有鋰電池，容量需滿足現(xiàn)場(chǎng)傳感器和RTU傳輸裝置沒有日照20天情況，繼續(xù)保持正常工作。
（3）技術(shù)參數(shù)
1、高頻壓力傳感器
采樣頻率：64/128/256Hz，以滿足分析需求
量程：0～300 psia，需滿足負(fù)壓的監(jiān)測(cè)；
精度：≤0.1%FS
響應(yīng)時(shí)間：≤1ms
電壓：5V+/-0.5V
輸出信號(hào)：電壓、電流、485、網(wǎng)口
工作溫度：-40℃～80℃
承受靜壓：68Bar
材質(zhì)：不銹鋼隔離膜片
防護(hù)等級(jí)：IP68
2、水聽器
靈敏度：-170dB Vre: 1V/μPascal
響應(yīng)頻率范圍：20Hz-50KHz
電源：12VDC； -1mW 典型運(yùn)行條件
傳感器材質(zhì)：不銹鋼+特殊橡膠（對(duì)水質(zhì)無污染）
電纜：低噪
水平指向性：±1.5dB（50kHz）
垂直指向性：±2.0dB（50kHz，240°范圍）
承受靜壓：8Mpa
安全工作溫度范圍： -20 ℃～80 ℃
低噪聲、高耐用性，需浸沒水中
防護(hù)等級(jí)：IP68
3、采集和通信裝置RTU
運(yùn)行溫度：-30至75°C；
整體及接插件防水等級(jí)：IP68
配高頻壓力計(jì)接口，支持Modbus標(biāo)準(zhǔn)總線采集現(xiàn)場(chǎng)其它設(shè)備數(shù)據(jù)
通訊：3G/4G,插入標(biāo)準(zhǔn)尺寸SIM卡，支持光纖通信，配套套串口服務(wù)器，支持profinet等通用以太網(wǎng)協(xié)議。
壓力采集精度大于等于16位；
支持音頻輸入接口；
配GPS天線，連接線長(zhǎng)度缺省6米（可調(diào)），
支持GPS/北斗。時(shí)鐘同步精度：≤1ms；
可外接供電：12VDC，通過軟件自動(dòng)切換內(nèi)置電源；
本體內(nèi)置鋰電池，在外部電源失效后，滿足現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備運(yùn)行至少1月；
采集周期：數(shù)據(jù)上傳時(shí)間可調(diào)整，自動(dòng)連接中控上傳。
內(nèi)存：內(nèi)置16G閃存卡,支持采集高頻壓力數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)，保存30天數(shù)據(jù)不丟失；
低功耗：低功耗設(shè)計(jì)，供電電壓：12VDC；連接傳感器后總功耗≤1W；
（4）監(jiān)測(cè)平臺(tái)
1、管道管理
從頁面上方導(dǎo)航欄中選擇“系統(tǒng)設(shè)置”，在該功能菜單下的子功能項(xiàng)中選擇管道設(shè)置，如下圖所示?？稍陧撁嬷羞x擇添加閥室、監(jiān)測(cè)點(diǎn)管理、管道路由、添加閥井四個(gè)子功能項(xiàng)，分別實(shí)現(xiàn)其對(duì)應(yīng)的管道管理功能。其中管道路由可以與經(jīng)緯度坐標(biāo)軸對(duì)應(yīng)，在GIS地圖上顯示管道的走向。
2、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)
實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)是管道泄漏監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的一個(gè)重要功能，通過添加監(jiān)測(cè)點(diǎn)，實(shí)時(shí)對(duì)管道各個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的傳感數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)具有威脅的壓力變化和聲音振動(dòng)信號(hào)，從而起到提前預(yù)警、提前解決的功能。系統(tǒng)的報(bào)警監(jiān)測(cè)有兩種，第一種是查看各個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的壓力數(shù)值變化；第二種是查看各監(jiān)測(cè)點(diǎn)水聽器的聲波情況，并可以對(duì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行選擇回放聲音。
3、報(bào)警管理
當(dāng)有報(bào)警信息產(chǎn)生時(shí)，除了可以在地圖界面跳出報(bào)警信息，還可以在“歷史報(bào)警”中進(jìn)行查看信息和回放聲音信號(hào)。
如果在實(shí)時(shí)報(bào)警界面中已經(jīng)處理過的報(bào)警信息，在歷史報(bào)警界面中將顯示已處理，反之將顯示未處理，用戶可以通過右側(cè)的“處理報(bào)警”按鈕，對(duì)該條報(bào)警信息進(jìn)行處理。界面中還可以對(duì)報(bào)警信息發(fā)生時(shí)錄取的聲音進(jìn)行回聽。
歷史報(bào)警信息可以通過excel導(dǎo)出，點(diǎn)擊“Excel導(dǎo)出”，瀏覽器就會(huì)開始下載當(dāng)前已有的光纖記錄信息，下載文件默認(rèn)名稱“excel-list.xlsx”，會(huì)存放在瀏覽器默認(rèn)的下載目錄中。
