泵的水锤及其防护

水锤防止措施
1、“水锤”的定义
水锤是流体流动性的瞬变过程，它是流体的一种非稳定流动，也称压力脉动，即在压力管道中，当水流因某种原因而产生流速的急剧变化，由于流体的惯性作用而引起管道内液体的压力急剧升高或降低而产生水力冲击波。

2、产生水锤的原因及危害分析
3、停泵水锤产生的危害
系统大，存水量多，停泵时能量聚积大，造成冲击波就越严重。

系统静压水位高，回水管储存的能量越大，一旦水泵突然停止运转，回水管内的水流不会立即停止，在高静压水位的作用下，产生的冲击力就越大。

系统管道的支架设置不合理及管道固定不牢固，造成水力冲击无法在管内消除，从而很容易传到整个管道系统而造成震动，管道的自震频率和产生水锤时的水力冲击频率接近，是系统发生严重水锤现象的原因之一，而系统的自震频率和管道系统安装固定的方法密切相关。

综上所述，由于产生水力脉冲需要空间，开式系统提供了这方面的条件，而闭式系统由于水流一直充满系统，兼之水的不可压缩性，造成冲击波的振幅相对较小，因此开式系统比闭式系统更容易产生水锤，水锤轻则产生噪音、震动，重则造成设备、阀门受损，更严重则造成软接撕裂，管道爆裂。

4、防止“水锤”具体措施。

水泵输送管线发生水锤的原因及防护水锤又称水击。

水(或其他液体)输送过程中，由于阀门突然开启或关闭、水泵突然停车、骤然启闭导叶等原因，使流速发生突然变化，同时压强产生大幅度波动的现象。

长距离输水工程应进行必要的水锤分析计算，并对管路系统采取水锤综合防护计算，根据管道纵向布置、管径、设计水量、功能要求，确定空气阀的数量、型式、口径。

1水锤发生的原因、分类1.1引起水锤过程的原因(1)启泵、停泵、用启闭阀门或改变水泵转速、叶片角度调节流量时；尤其在迅速操作、使水流速度发生急剧变化的情况。

(2)事故停泵，即运行中的水泵动力突然中断时停泵。

较多见的是配电系统故障、误操作、雷击等情况下的突然停泵。

1.2水锤破坏主要的表现形式(1)水锤压力过高，引起水泵、阀门和管道破坏；或水锤压力过低，管道因失稳而破坏。

(2)水泵反转速过高或与水泵机组的临界转速相重合，以及突然停止反转过程或电动机再启动，从而引起电动机转子的永久变形，水泵机组的剧烈振动和联结轴的断裂。

(3)水泵倒流量过大，引起管网压力下降，水量减小，影响正常供水。

1.3.水锤的分类与判别(1)按产生水锤的原因可分为：关（开）阀水锤、启泵水锤和停泵水锤；(2)按产生水锤时管道水流状态可分为：不出现水柱中断与出现水柱中断两类。

前者水锤压力上升值△H通常不大于水泵额定扬程HR或水泵工作水头H0称正常水锤；后者当水柱再弥合时，水锤压力上升值较高，常大于HR或H0，是引起水锤事故的重要原因，故称非常水锤。

所谓水柱中断，就是在水锤过程中，由于管道某处压力低于水的汽化压力而产生，即：Pi/γ+Pa/γ≤Ps/γ(1-1)式中： Pi/γ—管道中某点的压力（M）；Pa/γ—大气压力（M）；Ps/γ—水的饱和蒸汽压力（绝对压力），在常温下取2-3M；γ—水的容重。

(3)对于关（开）阀水锤，与关（开）阀时间T。

有关可分为：直接水锤：Tc＜Tγ（1-2）间接水锤：Tc＞Tγ (1-3) 式中：Tγ—水锤相（秒），见公式（1-12）。

多功能水泵控制阀的水锤防护特性及应用［提要］水锤危害是极具破坏性的，因而水锤防护是泵站正常运行的关键因素。

介绍了多功能水泵控制阀防上水锤的原理，根据实际工况叙述多功能水泵控制阀的工作过程和调试的要点。

［关键词］水锤水锤控制是给水管道系统设计的一项重要内容。

水锤的形成与阀门的迅速关闭/开启有关，由于阀门关闭/开启时间Ts与水锤波相长T的差异，表现为直接水锤和间接水锤2种形式。

当TsT时，在阀门关闭过程中，反射回来的负水锤波到达阀门时，阀门尚未完全关闭，负水锤波导致压强增值受到了干扰（即降低），水锤峰值被削减，这种水锤称为间接水锤。

在同一条件下，直接水锤比间接水锤的危害性要大得多，危害最大的是断流弥合水锤。

一、水锤增压值的理论计算给水系统关阀水锤压力峰值P为水泵稳态工作扬程P1和关阀水锤压力增值△P的迭加值即：P=P1+△P（1）1.1关闭直接水锤压力增值△P按照儒可夫斯基公式，可以计算供水系统中发生关阀直接水捶时的压力增值△P为：（2）式中△P－－关阀直接水锤的压力增值，KPa；υo－－水锤产生前管道中的平均流速，m/s；υ －－水锤产生管道中的平均流速，m/s；γ －－水的重度，取9.8KN/m3g －－重力加速度，m/s2；C －－水锤波的波速，m/s（3）式中Co－－密度为ρ，弹性模量为Ｋ的无边界液体介质中声音的传递速度，Co=，对于水，Co＝1425m/s；Ｋ－－水的弹性模量，取2.04×N/C㎡；D－－供水管的直径，mm；δ－－供水管的管壁厚度，mm从式(2)可以看出，当管道材料及其所输送的介质确定以后，直接水锤的压力增值△P主要随着流速υo的增大而增大，因而在工程设计中可以适当降低流速υo，即增大管径来降低水锤的危害。

1.2关阀间接水锤压力增值△P"关闭间接水锤压力增值计算比较复杂[2～3]，可近似由（4）式进行计算：△P"＝T/Ts•△P（4）由于发生间接水锤时，Ts>T，由式（4）可知，△P"<△P，即同样条件下间接水锤较直接水锤的水锤压力峰值要小。

水泵停止产生水锤的防护措施
水泵停止时产生的水锤合理防护措施
减少水锤压力，对于降低管道造价、改善机组运行条件、保证安全运行和可靠供水具，有重要意义，因此必须对停泵水锤采取必要的防护措施。

（一）防治降压的措施
布置管道时，管道的纵剖面应在最低压力线以下，如果由于受地形条件所限，不能变更管道布置时。

（二）防治升压的措施
1.装水锤消除器
水锤消除器是具有一定泄水能力的安全阀，安装在止回阀的出水侧。

当停泵后管道中水压力降低时，阀门打开，将管道中部分高压水泄走，从而达到减少升压值，保护管道的目的。

2.安装缓闭阀
缓闭阀是当事故停泵时，通过相应的传动机构让止回阀阀板或其他类型的阀板按预定的程序和时间自动关闭。

这样，既减弱了正压水锤，又可限制倒泄流量和水泵的倒转转速，是一种较好的水捶防护措施，有时还将其作为水泵主阀来用。

缓闭阀主要有：微阻缓闭式止回阀、缓闭式蝶阀和缓闭式平板闸阀。

水锤产生的条件 1.阀门突然开启或关闭；2.水泵机组突然停车或开启；3.单管向高处输水（供水地形高差超过20米）；4.水泵总扬程（或工作压力）大；5.输水管道中水流速度过大；6.输水管道过长，且地形变化大。

7.若气液两相管道存液，则运行管道前阀门急速开启则更加危险。

水锤效应的危害水锤引起的压强升高，可达管道正常工作压强的几倍甚至几十倍。

这种大幅度的压强波动，对管路系统造成的危害主要有：1.引起管道强烈振动，管道接头断开；2.破坏阀门，严重的压强过高造成管道爆管，供水管网压力降低；3.压强过低导致管子的瘪塌，还会损坏阀门和固定件；4.引起水泵反转，破坏泵房内设备或管道，严重的造成泵房淹没，造成人身伤亡等重大事故，影响生产和生活。

消除或减轻水锤的防护措施 1.降低输水管线的流速，可在一定程度上降低水锤压力，但会增大输水管管径，增加工程投资。

输水管线布置时应考虑尽量避免出现驼峰或坡度剧变。

减少输水管道长度，管线越长，停泵水锤值越大。

由一个泵站变两个泵站，用吸水井把两个泵站衔接起来。

停泵水锤的大小主要与泵房的几何扬程有关，几何扬程愈高，停泵水锤值也愈大。

因此，应根据当地实际情况选用合理的水泵扬程。

事故停泵后，应待止回阀后管道充满水再启动水泵。

启泵时水泵出口阀门不要全开，否则会产生很大的水冲击。

很多泵站的重大水锤事故多在这种情况下产生。

2.设置水锤消除装置（1）采用恒压控制技术采用PLC自动控制系统，对机泵进行变频调速控制，对整个供水泵房系统操作实行自动控制。

由于供水管网压力随着工况的变化而不断变化，系统运行过程中经常出现低压或超压现象，容易产生水锤，导致对管道和设备的破坏。

通过对管网压力的检测，反馈控制水泵的开、停和转速调节，控制流量，进而使压力维持一定水平，可以通过控制微机设定机泵供水压力，保持恒压供水，避免了过大的压力波动，使产生水锤的概率减小。

（2）安装水锤消除器该设备主要防止停泵水锤，一般安装在水泵出口管道附近，利用管道本身的压力为动力来实现低压自动动作，即当管道中的压力低于设定保护值时，排水口会自动打开放水泄压，以平衡局部管道的压力，防止水锤对设备和管道的冲击，消除器一般可分为机械式和液压式两种，机械式消除器动作后由人工恢复，液压式消除器可自动复位。

水锤的危害及预防在压力管道中，由于某种外界原因（如阀门突然关闭或开启，水泵机组突然停车等），使得水的流速突然变化，从而引起压强急剧升高和降低的交替变化，这种水力现象称为水锤，也称水击。

一、水锤的危害水锤引起的压强升高，可达管道正常工作压强的几倍，甚至几十倍。

这种大幅度的压强波动，造成的危害有：1、引起管道强烈振动，管道接头断开，破坏阀门，严重的造成管道爆管，沿途房屋渍水，供水管网压力降低。

2、引起水泵反转，破坏泵房内设备或管道，严重的造成泵房淹没。

3、造成人身伤亡等重大事故，影响生产和生活。

二、水锤产生的条件1、阀门突然开启或关闭。

2、水泵机组突然停车或开启。

3、单管向高处输水（供水地形高差超过20米）；4、水泵总扬程（或工作压力）大；5、输水管道中水流速度过大；6、输水管道过长，且地形变化大。

三、水锤的预防措施㈠开（关）阀水锤1、开关水锤有直接水锤和间接水锤，延长开阀和关阀的时间，可避免产生直接水锤。

2、离心泵、混流泵应在阀门关至15%—30%时而不是全关时停泵，这样可以降低水泵出口压力，防止水泵振动及延长阀门使用寿命。

对于轴流泵在泵出口一般不应设阀门。

㈡启泵水锤1、排除管道空气，使管道充满水后再开启水泵。

凡是长距离输水管道的隆起处各点应设置自动排气阀或设置充水设施。

2、当水泵必须在空管启动时，可采用分阶段开阀启泵方式。

⑴先将水泵出口阀门打开15%—30%（蝶阀可先开150—300），管道上其余阀门全部开启。

⑵然后启动水泵。

⑶待管道充满水后再将水泵出水口阀门全开或开到所需的角度。

3、设有止回阀的水泵⑴在止回阀前设自动排气阀。

⑵在止回处设旁通阀。

⑶事故停泵后，应待止回阀后管道充满水再启动水泵。

⑷启泵时水泵出口阀门不要全开，否则会产生很大的水冲击。

据调查分析国内几个泵站的重大水锤事故多在这种情况下产生。

㈢停泵水锤给水管中的水在断电后的最初瞬间，主要靠惯性以逐渐减慢的速度继续向水池方向流动，然后流速降到零。