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管道的水锤现象

水锤现象

在有压力管路中,由于某种外界原因(如阀门突然关闭、水泵机组突然停车)使水的流速突然发生变化,从而引起水击,这种水力现象称为水击或水锤。

别名:水击

现象:水的流速突然发生变化

原因:阀门突然关闭、水泵机组突然停车

现象解释

水锤是在突然停电或者在阀门关闭太快时,由于压力水流的惯性,产生水流冲击波,就象锤子敲打一样,所以叫水锤。水流冲击波来回产生的力,有时会很大,从而破坏阀门和水泵。

电动水泵全电压起动时,在不到1s的时间内,即可从静止状态加速到额定转速,管道内的流量则从零增加到额定流量。由于流体具有动量和一定程度的可压缩性,所以,流量的急剧变化将在管道内引起压强过高或过低的冲击,以及出现“空化”现象。 压力的冲击将使管壁受力而产生噪声,犹如锤子敲击管子一般,称为“水锤效应”。

水锤效应只和水本身的惯性有关系,和水泵没有关系。[1]

预防水锤的措施

a.开关阀门过快引起的水锤:

(1) 延长开阀和关阀时间。

(2) 离心泵和混凝泵应在阀门半闭15%-30%时而不是全关时停泵。

b.泵引起的水锤

(1) 排除管道内的空气,使管道内充满水后再开启水泵,凡是长距离输水管道的高起部位都应设自动排气阀。

(2) 停泵水锤主要因出水管止回阀关闭过快引起,因此,取消止回阀可以消除停水泵水锤的危害,并且可以减少水头损失,节约电耗;目前经过一些大城市的实验,认为一级泵房可以取消,二级泵房不宜取消;取消止回阀时应进行停水锤压力计算,为减少和消除水锤,目前常在大口径管道上安装微阻缓闭止回阀。采用缓冲止回阀、微闭蝶阀安装在大口径的水泵出水管上,可有效的消除停泵水锤,但因阀门动作时有一定的水量倒流,吸水井须有溢流管。紧靠止回阀并在其下游安装水锤消除器。

危害与消除

危害

水锤效应有极大的破坏性:压强过高,将引起管子的破裂,反之,压强过低又会导致管子的瘪塌,还会损坏阀门和固定件。

当切断电源而停机时,泵水系统的势能将克服电动机的惯性而命令系统急剧地停止,这也同样会引起压力的冲击和水锤效应。

为了消除水锤效应的严重后果,在管路中需要受到一系列缓冲措施和设备。

水锤消除器

水锤消除器能在无需阻止流体流动的情况下,有效地消除各类流体在传输系统可能产生的水外锤和浪涌发生的不规则水击波震荡,从而达到消除具有破坏性的冲击波,起到保护之目的。

水锤消除器的内部有一密闭的容气腔,下端为一活塞,当冲击波传入水锤消除器时,水击波作用于活塞上,活塞将往容气腔方向运动。活塞运动的行程与容气腔内的气体压力、水击波大小有关,活塞在一定压力的气体和不规则水击双重作用下,做上下运动,形成一个动态的平衡,这样就有效地消除了不规则的水击波震荡。[1]

参考资料

[1] 周小红. 水锤现象及防护措施[J]. 冶金动力, 2016(7):46-48.

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