水錘現(xiàn)象

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在有壓力管路中，由于某種外界原因（如閥門(mén)突然關(guān)閉、水泵機(jī)組突然停車(chē)）使水的流速突然發(fā)生變化，從而引起壓強(qiáng)急劇升高和降低的交替變化，這種水力現(xiàn)象稱(chēng)為水擊或水錘。因開(kāi)泵、停泵、開(kāi)關(guān)閘閥過(guò)于快速，使水的速度發(fā)生急劇變化，特別是突然停泵引起水錘，可以破壞管道、水泵、閥門(mén)、并引起水泵反轉(zhuǎn)，管網(wǎng)壓力降低等，所以，預(yù)防水錘發(fā)生極為重要，平時(shí)預(yù)防水錘發(fā)生的措施主要有以下幾個(gè)方法：   

  a.開(kāi)關(guān)閥門(mén)過(guò)快引起的水錘：  

 （1） 延長(zhǎng)開(kāi)閥和關(guān)閥時(shí)間。    

（2） 離心泵和混凝泵應(yīng)在閥門(mén)半閉15%-30%時(shí)而不是全關(guān)時(shí)停泵。  

 b.泵引起的水錘  

  （1） 排除管道內(nèi)的空氣，使管道內(nèi)充滿水后再開(kāi)啟水泵，凡是長(zhǎng)距離輸水管道的高起部位都應(yīng)設(shè)自動(dòng)排氣閥。

（2） 停泵水錘主要因出水管止回閥關(guān)閉過(guò)快引起，因此，取消止回閥可以消除停水泵水錘的危害，并且可以減少水頭損失，節(jié)約電耗；目前經(jīng)過(guò)一些大城市的實(shí)驗(yàn)，認(rèn)為一級(jí)泵房可以取消，二級(jí)泵房不易取消；取消止回閥時(shí)應(yīng)進(jìn)行停水錘壓力計(jì)算，為減少和消除水錘，目前常在大口徑管道上安裝微阻緩閉止回閥。采用緩沖止回閥、微閉蝶閥安裝在大口徑的水泵出水管上，可有效的消除停泵水錘，但因閥門(mén)動(dòng)作時(shí)有一定的水量倒流，吸水井須有溢流管。緊靠止回閥并在其下游安裝水錘消除器。  

水錘效應(yīng)的危害  

 水錘效應(yīng)有極大的破壞性：由于水錘的產(chǎn)生，使得管道中壓力急劇增大至超過(guò)正常壓力的幾倍甚至十幾倍，其危害很大，會(huì)引起管道的破裂，影響生產(chǎn)和生活。壓強(qiáng)過(guò)高，將引起管子的破裂，反之，壓強(qiáng)過(guò)低又會(huì)導(dǎo)致管子的癟塌，還會(huì)損壞閥門(mén)和固定件。水錘又稱(chēng)水擊。水（或其他液體）輸送過(guò)程中，由于閥門(mén)突然開(kāi)啟或關(guān)閉、水泵突然停止、驟然啟閉導(dǎo)葉等原因，使流速發(fā)生突然變化，同時(shí)壓強(qiáng)產(chǎn)生大幅度波動(dòng)的現(xiàn)象。上海申弘閥門(mén)有限公司主營(yíng)閥門(mén)有：截止閥,電動(dòng)截止閥,氣動(dòng)截止閥,電動(dòng)蝶閥,氣動(dòng)蝶閥,電動(dòng)球閥,氣動(dòng)球閥,電動(dòng)閘閥,氣動(dòng)閘閥,電動(dòng)調(diào)節(jié)閥,氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥，減壓閥。水力控制閥、真空閥門(mén)、襯膠閥門(mén)、襯氟閥門(mén)。
水錘效應(yīng)是一種形象的說(shuō)法.它是指給水泵在起動(dòng)和停止時(shí)，水流沖擊管道，產(chǎn)生的一種嚴(yán)重水擊。由于在水管內(nèi)部，管內(nèi)壁是光滑的，水流動(dòng)自如。當(dāng)打開(kāi)的閥門(mén)突然關(guān)閉或給水泵停止，水流對(duì)閥門(mén)及管壁，主要是閥門(mén)或泵會(huì)產(chǎn)生一個(gè)壓力。由于管壁光滑，后續(xù)水流在慣性的作用下，水力迅速達(dá)到zui大，并產(chǎn)生破壞作用，這就是水力學(xué)當(dāng)中的“水錘效應(yīng)"，也就是正水錘。相反，關(guān)閉的閥門(mén)在突然打開(kāi)或給水泵啟動(dòng)后，也會(huì)產(chǎn)生水錘，叫負(fù)水錘，但沒(méi)有前者大。
由水錘產(chǎn)生的瞬時(shí)壓強(qiáng)可達(dá)管道中正常工作壓強(qiáng)的幾十倍甚至于數(shù)百倍。這種大幅度壓強(qiáng)波動(dòng)，可導(dǎo)致管道系統(tǒng)產(chǎn)生強(qiáng)烈振動(dòng)或噪聲，并可能破壞閥門(mén)接頭。對(duì)管道系統(tǒng)有很大的破壞作用。為防止水錘需正確設(shè)計(jì)管道系統(tǒng)，防止流速過(guò)高，一般設(shè)計(jì)管子流速應(yīng)小于3m/s，并需控制閥開(kāi)、閉速度。
因開(kāi)泵、停泵、開(kāi)關(guān)閥門(mén)過(guò)于快速,使水的速度發(fā)生急劇變化,特別是突然停泵引起的水錘,可以破壞管道、水泵、閥門(mén),并引起水泵反轉(zhuǎn),管網(wǎng)壓力降低等。水錘效應(yīng)有極大的破壞性：壓強(qiáng)過(guò)高，將引起管子的破裂，反之，壓強(qiáng)過(guò)低又會(huì)導(dǎo)致管子的癟塌，還會(huì)損壞閥門(mén)和固定件。在極短的時(shí)間里，水的流量從零猛到額定流量。由于流體具有動(dòng)能和一定程度的壓縮性，因此在極短的時(shí)間內(nèi)流量的巨大變化將引起對(duì)管道的壓強(qiáng)過(guò)高和過(guò)低的沖擊。壓力沖擊將使管壁受力而產(chǎn)生噪聲，猶如錘子敲擊管道一樣，故稱(chēng)為水錘效應(yīng)。

冷水進(jìn)入

在蒸汽主管上由于輻射散熱的原因，會(huì)產(chǎn)生冷凝水。蒸汽在管道內(nèi)高速的流動(dòng)從而帶動(dòng)冷凝水一起流動(dòng)造成了漣漪。通過(guò)這種情況，隨著蒸汽的帶動(dòng)冷凝水在管道內(nèi)慢慢形成了一定的規(guī)模。這個(gè)就類(lèi)似于由于強(qiáng)風(fēng)而形成巨大的浪。
在這種情況下，水錘現(xiàn)象發(fā)生是當(dāng)冷凝水猛烈的撞擊到彎頭或一個(gè)關(guān)閉著的閥門(mén)。

高速冷凝水碰撞產(chǎn)生水錘
蒸汽冷凝

當(dāng)蒸汽損失了熱量，它會(huì)轉(zhuǎn)變?yōu)槔淠潴w積會(huì)比蒸汽小1000倍。因此當(dāng)蒸汽進(jìn)入接觸到低溫的冷凝水從而發(fā)生冷凝，蒸汽的體積立刻發(fā)生巨大的變化。
當(dāng)蒸汽在冷凝過(guò)程中，由于體積減小會(huì)暫時(shí)形成真空狀態(tài)，因此管道內(nèi)的冷凝水會(huì)被吸到這個(gè)真空的空間。這種情況就會(huì)形成水錘，冷凝水在管道內(nèi)形成浪涌互相的撞擊。
簡(jiǎn)而言之，管道內(nèi)的低溫冷凝水與蒸汽混合是非常危險(xiǎn)的。但這樣的情況又是非常普遍的，像在冷凝水回收系統(tǒng)中或類(lèi)似的系統(tǒng)，這種是一種非常難以解決的水錘形式。
值得注意的是這種類(lèi)型的水錘形式不僅僅出現(xiàn)在冷凝水回收系統(tǒng)中，也同樣會(huì)發(fā)生在蒸汽配送管道和蒸汽用設(shè)備中。

蒸汽遇冷發(fā)生撞擊產(chǎn)生水錘
以上所提及的兩大類(lèi)型水錘都會(huì)產(chǎn)生巨大的破壞，但相對(duì)而言第二種形式的水錘發(fā)生的頻率更高。

曾經(jīng)，普遍認(rèn)為越是低溫的冷凝水越可能造成嚴(yán)重的水錘。然而，實(shí)驗(yàn)卻揭示了一個(gè)驚人的事實(shí)，實(shí)驗(yàn)表明當(dāng)冷凝水的溫度略低于蒸汽溫度時(shí)會(huì)對(duì)水錘的形成造成zui大的影響。
更確切的講，假設(shè)當(dāng)蒸汽溫度為100℃，冷凝水溫度處于70℃~80℃時(shí)產(chǎn)生水錘的幾率要大于冷凝水溫度處于50℃~60℃時(shí)。

冷凝水如何影響水錘
事實(shí)上，水錘所造成的影響是通過(guò)計(jì)算得出數(shù)據(jù)的。這個(gè)計(jì)算結(jié)果可以顯示出水錘的強(qiáng)度與蒸汽冷凝的體積的關(guān)系。（蒸汽塊）
通過(guò)三個(gè)圖表我們可以看出冷凝水的溫度情況：
左邊的圖表：蒸汽接觸到低溫的冷凝水立刻發(fā)生冷凝現(xiàn)象。如這種情況，當(dāng)有水錘發(fā)生時(shí)也只會(huì)產(chǎn)生小的蒸汽泡，不會(huì)形成大的蒸汽塊，因此只會(huì)形成小型的水錘。
中間的圖表是zui大的隱患。由于冷凝水與蒸汽的溫差相對(duì)較小，在20-30℃之間。因此冷凝水不會(huì)馬上冷凝，但通過(guò)逐步的累積，當(dāng)蒸汽到達(dá)冷凝點(diǎn)時(shí)，全部的蒸汽會(huì)立刻發(fā)生冷凝。由于緩慢的冷凝時(shí)間，從而使蒸汽與冷凝水接觸的時(shí)間很長(zhǎng)，會(huì)產(chǎn)生大量的蒸汽泡，形成大型的水錘。
右邊的圖表：蒸汽與冷凝水接觸時(shí)的溫度相同。在這種情況下，不會(huì)有蒸汽冷凝的情況發(fā)生同時(shí)也不會(huì)產(chǎn)生水錘。這一情況證明了當(dāng)飽和冷凝水排出疏水閥時(shí)的溫度與閃蒸汽的溫度相同時(shí)，是不會(huì)水錘產(chǎn)生的。

“水錘效應(yīng)"是指在水管內(nèi)部，管內(nèi)壁光滑，水流動(dòng)自如。當(dāng)打開(kāi)的閥門(mén)突然關(guān)閉，水流對(duì)閥門(mén)及管壁，主要是閥門(mén)會(huì)產(chǎn)生一個(gè)壓力。由于管壁光滑，后續(xù)水流在慣性的作用下，迅速達(dá)到zui大，并產(chǎn)生破壞作用，這就是水利學(xué)當(dāng)中的“水錘效應(yīng)"，也就是正水錘。在水利管道建設(shè)中都要考慮這一因素。相反，關(guān)閉的閥門(mén)在突然打開(kāi)后，也會(huì)產(chǎn)生水錘，叫負(fù)水錘，也有一定的破壞力，但沒(méi)有前者大。水錘效應(yīng)
Water hammereffect
水錘是在突然停電或者在閥門(mén)關(guān)閉太快時(shí),由于壓力水流的慣性,產(chǎn)生水流沖擊波,就象錘子敲打一樣,所以叫水錘。水流沖擊波來(lái)回產(chǎn)生的力，有時(shí)會(huì)很大，從而破壞閥門(mén)和水泵。
電動(dòng)水泵全電壓起動(dòng)時(shí)，在不到1s的時(shí)間內(nèi)，即可從靜止?fàn)顟B(tài)加速到額定轉(zhuǎn)速，管道內(nèi)的流量則從零增加到額定流量。由于流體具有動(dòng)量和一定程度的可壓縮性，所以，流量的急劇變化將在管道內(nèi)引起壓強(qiáng)過(guò)高或過(guò)低的沖擊，以及出現(xiàn)“空化"現(xiàn)象。 壓力的沖擊將使管壁受力而產(chǎn)生噪聲，猶如錘子敲擊管子一般，稱(chēng)為“水錘效應(yīng)"。
水錘效應(yīng)只和水本身的慣性有關(guān)系，和水泵沒(méi)有關(guān)系。

危害
水錘效應(yīng)有極大的破壞性：壓強(qiáng)過(guò)高，將引起管子的破裂，反之，壓強(qiáng)過(guò)低又會(huì)導(dǎo)致管子的癟塌，還會(huì)損壞閥門(mén)和固定件。
當(dāng)切斷電源而停機(jī)時(shí)，泵水系統(tǒng)的勢(shì)能將克服電動(dòng)機(jī)的慣性而命令系統(tǒng)急劇地停止，這也同樣會(huì)引起壓力的沖擊和水錘效應(yīng)。
為了消除水錘效應(yīng)的嚴(yán)重后果，在管路中需要受到一系列緩沖措施和設(shè)備。
水錘消除器
水錘消除器能在無(wú)需阻止流體流動(dòng)的情況下，有效地消除各類(lèi)流體在傳輸系統(tǒng)可能產(chǎn)生的水外錘和浪涌發(fā)生的不規(guī)則水擊波震蕩，從而達(dá)到消除具有破壞性的沖擊波，起到保護(hù)之目的。
水錘消除器的內(nèi)部有一密閉的容氣腔，下端為一活塞，當(dāng)沖擊波傳入水錘消除器時(shí)，水擊波作用于活塞上，活塞將往容氣腔方向運(yùn)動(dòng)。活塞運(yùn)動(dòng)的行程與容氣腔內(nèi)的氣體壓力、水擊波大小有關(guān)，活塞在一定壓力的氣體和不規(guī)則水擊雙重作用下，做上下運(yùn)動(dòng)，形成一個(gè)動(dòng)態(tài)的平衡，這樣就有效地消除了不規(guī)則的水擊波震蕩。

水錘泵站是利用水錘壓力提水的泵站，適用于山區(qū)小流量高揚(yáng)程供水，由水錘泵及相應(yīng)的水工建筑物組成，為山區(qū)微型水力提灌泵站的一種新型式，通常也簡(jiǎn)稱(chēng)它為新式微型水力站或水力站。水錘泵站可分為直流水錘泵站和交流水錘泵站兩大類(lèi)型。目前大多數(shù)水錘泵站可歸類(lèi)為直流水錘泵站。直流水錘泵站由微水力源、進(jìn)水池、動(dòng)力進(jìn)水鋼管（長(zhǎng)管路）、控制閥門(mén)、直流水錘泵、揚(yáng)水管、儲(chǔ)用大池等組成。
直流水錘泵是一種液壓水錘泵，直接采用水錘效應(yīng)用來(lái)開(kāi)發(fā)水的落差進(jìn)行揚(yáng)水的水力機(jī)械，其zui大特點(diǎn)是不需要專(zhuān)門(mén)的動(dòng)力機(jī)，不需要燃料和電力，在有適當(dāng)落差水頭的情況下可連續(xù)地運(yùn)轉(zhuǎn)揚(yáng)水。與本文相關(guān)的論文有：礦山電動(dòng)插板閥