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2020/01/13
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水錘的產(chǎn)生
在有壓管道中流動的液體，由于某種原因流速發(fā)生突然變化，由于液體的慣性，引
起壓力急劇增高或降低的交替變化，即幾力波。這種現(xiàn)象稱為水錘。
(1)壓力波傳播速度
出水管內(nèi)傳播的壓力波的速度可由下式計算
水泵 水錘
式中a—一壓力波傳播速度，m/s;
Y——液體的密度，kg/m3;
K—液體體積彈性模量，水在常溫下為2. 03 X 109Pa;
E一管材的縱向彈性模量Pa;
D一出水管的內(nèi)徑，m;
t-一出水管管壁厚度，m;
C——出水管固定方式的系數(shù)，軸向自由的管C=1
若將常溫水的K和Y代人上式，可得在水常溫下的簡化公式
水泵 水錘
幾種管材的E值如下。
鑄鐵管108.9X 109 Pa;鋼管206 X 109 Pa;預應力混凝土管39.2X 109 Pa;離心力鋼筋混凝土管19. 6X 109 Pa;聚氯乙烯管2. 9 X 109 Pa;石棉管25. 5 X 109 Pa;強化塑膠管11.3X 109~22.6 X 109 Pa
(2)水錘的發(fā)生過程
1)壓縮階段:閥門關(guān)閉，靠近閥門的液體流速突然變?yōu)?. 壓力p增加到p+△p.壓力增高以水錘波的形式從閥門向管道進口側(cè)傳播，設水錘波傳播速度為a，傳到進口的時間為:水泵 水錘，如圖6-46(a)所示。
2)恢復階段:增壓△p的液體向箱內(nèi)倒流，使壓力恢復到p，液體的壓縮被解除.這種減壓恢復也以水錘波的形式，從管道進口傳播到閥門處.時間為:水泵 水錘 如圖6-46（b）所示
3)膨脹階段:管道進口處的液體，壓力增高雖然被解除，由于慣性仍然向水箱倒流首先在靠近閥門處形成一個減壓△P水錘波，向管道進口方向傳播，最后整個管道
內(nèi)液體的壓力變?yōu)閜——△p，液體壓力降低，處于膨脹狀態(tài)，時間為: 如圖6-46 （c)所示。
4)恢復階段:
恢復階段:靠近管道進口的液體，在兩側(cè)壓差的作用下，向閥門側(cè)流動，壓力也恢復到正常壓力P，時間為： 水泵 水錘
時間為 水泵 水錘如圖6——46 (d）所示。
（3)直接水錘和間接水錘及其正力增高
1)直接水錘:閥門關(guān)閉時，水錘波從閥門處向水箱方向傳播，再以常壓恢復波的形式返回到閥門之前，閥門已近關(guān)閉，即關(guān)閉時間。 水泵 水錘
水泵 水錘
圖6一46 水錘的發(fā)生過程
直接水錘的壓力增高
水泵 水錘
式中μ0一關(guān)閉閥門前，管道中流體的平均流速，m/s;
a——水錘波傳播速度，m/s
P——液體的密度，kg/m3。
2)間接水錘:如果閥門尚未完全關(guān)閉 水泵 水錘
間接水錘的壓力增高
水泵 水錘
式中Tr—水錘波往返一次的時間S
Ts—關(guān)閉閥門所用的時間,s
(4)儒可夫斯基計算壓力增高公式
水泵 水錘
式中△H壓力上升值;
△μ-一流速變化;
△Q—流量變化。
防止水錘發(fā)生的措施
(1)水錘防止裝置圖例說明
水泵裝置中的水錘有壓力上升和壓力下降2類，根據(jù)出水管路的布置情況及發(fā)出壓
力變動的位置等，以圖6--49中的管路布置為例，說明防止水錘發(fā)生的措施。
水泵
圖6一49 泵裝置中防止水錘的各種措施圖例
（2)水錘防止裝置的構(gòu)成
1)飛輪。飛輪增加水泵轉(zhuǎn)子體的轉(zhuǎn)動慣量GD2，從而防止水泵突然停機后轉(zhuǎn)速的急劇下降。這樣由出水池反射引起的壓力上升值也減小，并使壓力變動幅度變小。采用飛輪是可靠性最高的防止水錘措施之一。有專用氣輪和兼作聯(lián)軸器的飛輪。
2)壓力波動消除器。閥V;是在水泵出水側(cè)壓力異常上升時，將該壓力上升釋放到進水側(cè)而設置的，或者在出水側(cè)壓力突然降低時，從進水側(cè)補水。用于此用途的閥稱作壓力波動消除器。
3)串聯(lián)逆止閥C2。是設在出水管中間的逆止閥，和逆止閥C1分擔水錘壓力口
4)壓力罐。內(nèi)部壓力與水泵所產(chǎn)生的壓力相等.所以設置壓力罐能夠使整個管路受益。壓力罐可以采用多種型式，其中如圖6-50(a)壓力罐既用于壓力上升也用于壓力下降。圖6-50(c)壓力罐和圖6-50 (b）壓力罐相似，只是多了一根回水管，以迅速吸收管內(nèi)的壓力波動，其有優(yōu)良的穩(wěn)定性。壓力罐一般用于流量比較小和揚程比較高，
在出水管末端附近要防止壓力下降場合等。但是對設置位置無限制的場合，應盡可能建在發(fā)生壓力下降的位置附近，以減小壓力罐容量。
5)單向壓力罐(池)。圖6-50 (b)壓力罐專用于壓力下降，根據(jù)罐內(nèi)的空氣壓力，僅在發(fā)生壓力下降時，當出水管路的壓力降低于單向調(diào)壓水罐的壓力時，設在連接管中間的逆止閥打開進行補水。
6)壓力吸收裝置。用于容量比較小的水泵設備。其中的一種型式如圖6-51所示，內(nèi)部采用雙層管、呈彈性波紋管形。壓力上升波紋管就會變形，容積增加具有吸收壓力變化的功能。
7)蓄能罐。雖然多用于較小的水泵設備，但若設置多個也能適應中型水泵設備的需要。其型式一般在球形的中央用真空膜隔開，上部往往充滿氯氣。當出現(xiàn)水錘壓力增大時，內(nèi)部氯氣被壓縮，體積減小變成吸收壓力上升的構(gòu)造。在補給水量很小的場合不但可用蓄能罐替代壓力罐，而且這種蓄能罐除用作防止水錘外，還具有吸收出水管內(nèi)壓力
脈動和噪音、振動等效果，其形式如圖6 ——52所示。
水泵
圖6——50壓力罐形式
圖6-57壓力吸收裝置示例
8)普通調(diào)壓水箱(調(diào)壓塔)。如圖6-53所示，當調(diào)壓水箱的橫斷面設計足夠大時，壓力波肯定能在設計位置被反射口所以在調(diào)壓水箱之后的出水管就不擔心發(fā)生水錘，有可能作為自流的流體處理。普通調(diào)壓水箱用于管內(nèi)壓力下降后需要大量補水的場合對容積小f工只有壓力要求的場合，可采用調(diào)壓塔，但一般情況下建設費用往往很高。
水泵
圖6一52標準蓄能罐圖例
圖6一53調(diào)壓水箱的形式
9)通氣管或空氣閥。在出水管路存在凸起點時，凸起點下游水流在突然停機后有時仍能繼續(xù)向前流動。在這種情況下，在該位置設置通氣管或空氣閥.以便在出水管路壓力降低時補給空氣。
空氣一旦進人出水管內(nèi)，就有必要認真進行排氣。因此，作為防止水錘的措施，原則上采用補充空氣的方法僅限于必須的場合。防止壓力下降的基本對策最終仍以補水為主，這點極為重要。
空氣管的粗細要控制最大風速在48m/s以下，端部附有消音器以防產(chǎn)生吸氣噪音，此處還需要安裝保護套和金屬網(wǎng)等。另外，立式泵且為長出水管突然停機，因為經(jīng)常在水泵葉輪和逆止閥之間出現(xiàn)負壓，故突然停機時，必須?？康仄茐恼婵?。
