水錘現象

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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、水泵機組突然停車(chē)）使水的流速突然發(fā)生變化，從而引起壓強急劇升高和降低的交替變化，這種水力現象稱(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，管網(wǎng)壓力降低等，所以，預防水錘發(fā)生極為重要，平時(shí)預防水錘發(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(cháng)開(kāi)閥和關(guān)閥時(shí)間。    

（2） 離心泵和混凝泵應在閥門(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） 排除管道內的空氣，使管道內充滿(mǎn)水后再開(kāi)啟水泵，凡是長(cháng)距離輸水管道的高起部位都應設自動(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，節約電耗；目前經(jīng)過(guò)一些大城市的實(shí)驗，認為一級泵房可以取消，二級泵房不易取消；取消止回閥時(shí)應進(jìn)行停水錘壓力計算，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。  

水錘效應的危害  

 水錘效應有極大的破壞性：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。壓強過(guò)高，將引起管子的破裂，反之，壓強過(guò)低又會(huì )導致管子的癟塌，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、驟然啟閉導葉等原因，使流速發(fā)生突然變化，同時(shí)壓強產(chǎn)生大幅度波動(dòng)的現象。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)調節閥,氣動(dòng)調節閥，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)生的一種嚴重水擊。由于在水管內部，管內壁是光滑的，水流動(dòng)自如。當打開(kāi)的閥門(mén)突然關(guān)閉或給水泵停止，水流對閥門(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，后續水流在慣性的作用下，水力迅速達到zui大，并產(chǎn)生破壞作用，這就是水力學(xué)當中的“水錘效應"，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，叫負水錘，但沒(méi)有前者大。
由水錘產(chǎn)生的瞬時(shí)壓強可達管道中正常工作壓強的幾十倍甚至于數百倍。這種大幅度壓強波動(dòng)，可導致管道系統產(chǎn)生強烈振動(dòng)或噪聲，并可能破壞閥門(mén)接頭。對管道系統有很大的破壞作用。為防止水錘需正確設計管道系統，防止流速過(guò)高，一般設計管子流速應小于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,管網(wǎng)壓力降低等。水錘效應有極大的破壞性：壓強過(guò)高，將引起管子的破裂，反之，壓強過(guò)低又會(huì )導致管子的癟塌，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)間內流量的巨大變化將引起對管道的壓強過(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。

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(zhù)蒸汽的帶動(dòng)冷凝水在管道內慢慢形成了一定的規模。這個(gè)就類(lèi)似于由于強風(fēng)而形成巨大的浪。
在這種情況下，水錘現象發(fā)生是當冷凝水猛烈的撞擊到彎頭或一個(gè)關(guān)閉著(zhù)的閥門(mén)。

高速冷凝水碰撞產(chǎn)生水錘
蒸汽冷凝

當蒸汽損失了熱量，它會(huì )轉變?yōu)槔淠?，其體積會(huì )比蒸汽小1000倍。因此當蒸汽進(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，冷凝水在管道內形成浪涌互相的撞擊。
簡(jiǎn)而言之，管道內的低溫冷凝水與蒸汽混合是非常危險的。但這樣的情況又是非常普遍的，像在冷凝水回收系統中或類(lèi)似的系統，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在冷凝水回收系統中，也同樣會(huì )發(fā)生在蒸汽配送管道和蒸汽用設備中。

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，但相對而言第二種形式的水錘發(fā)生的頻率更高。

曾經(jīng)，普遍認為越是低溫的冷凝水越可能造成嚴重的水錘。然而，實(shí)驗卻揭示了一個(gè)驚人的事實(shí)，實(shí)驗表明當冷凝水的溫度略低于蒸汽溫度時(shí)會(huì )對水錘的形成造成zui大的影響。
更確切的講，假設當蒸汽溫度為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)計算得出數據的。這個(gè)計算結果可以顯示出水錘的強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)生冷凝現象。如這種情況，當有水錘發(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，當蒸汽到達冷凝點(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(cháng)，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"是指在水管內部，管內壁光滑，水流動(dòng)自如。當打開(kāi)的閥門(mén)突然關(guān)閉，水流對閥門(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，后續水流在慣性的作用下，迅速達到zui大，并產(chǎn)生破壞作用，這就是水利學(xué)當中的“水錘效應"，也就是正水錘。在水利管道建設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，叫負水錘，也有一定的破壞力，但沒(méi)有前者大。水錘效應
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，即可從靜止狀態(tài)加速到額定轉速，管道內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引起壓強過(guò)高或過(guò)低的沖擊，以及出現“空化"現象。 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"。
水錘效應只和水本身的慣性有關(guān)系，和水泵沒(méi)有關(guān)系。

危害
水錘效應有極大的破壞性：壓強過(guò)高，將引起管子的破裂，反之，壓強過(guò)低又會(huì )導致管子的癟塌，還會(huì )損壞閥門(mén)和固定件。
當切斷電源而停機時(shí)，泵水系統的勢能將克服電動(dòng)機的慣性而命令系統急劇地停止，這也同樣會(huì )引起壓力的沖擊和水錘效應。
為了消除水錘效應的嚴重后果，在管路中需要受到一系列緩沖措施和設備。
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)流體在傳輸系統可能產(chǎn)生的水外錘和浪涌發(fā)生的不規則水擊波震蕩，從而達到消除具有破壞性的沖擊波，起到保護之目的。
水錘消除器的內部有一密閉的容氣腔，下端為一活塞，當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動(dòng)?；钊\動(dòng)的行程與容氣腔內的氣體壓力、水擊波大小有關(guān)，活塞在一定壓力的氣體和不規則水擊雙重作用下，做上下運動(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，適用于山區小流量高揚程供水，由水錘泵及相應的水工建筑物組成，為山區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(cháng)管路）、控制閥門(mén)、直流水錘泵、揚水管、儲用大池等組成。
直流水錘泵是一種液壓水錘泵，直接采用水錘效應用來(lái)開(kāi)發(fā)水的落差進(jìn)行揚水的水力機械，其zui大特點(diǎn)是不需要專(zhuān)門(mén)的動(dòng)力機，不需要燃料和電力，在有適當落差水頭的情況下可連續地運轉揚水。與本文相關(guān)的論文有：礦山電動(dòng)插板閥