水锤如何产生和控制

来源:上海茸工阀门制造有限公司
发布时间:2016年8月4日

水锤简介:
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、水泵突然停止、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。水锤效应是一种形象的说法.它是指给水泵在起动和停止时,水流冲击管道,产生的一种严重水击。由于在水管内部,管内壁是光滑的,水流动自如。当打开的阀门突然关闭或给水泵停止,水流对阀门及管壁,主要是阀门或泵会产生一个压力。由于管壁光滑,后续水流在惯性的作用下,水力迅速达到最大,并产生破坏作用,这就是水力学当中的“水锤效应”,也就是正水锤。相反,关闭的阀门在突然打开或给水泵启动后,也会产生水锤,叫负水锤,但没有前者大。
水锤作用:
由水锤产生的瞬时压强可达管道中正常工作压强的几十倍甚至于数百倍。这种大幅度压强波动,可导致管道系统产生强烈振动或噪声,并可能破坏阀门接头。对管道系统有很大的破坏作用。为防止水锤需正确设计管道系统,防止流速过高,一般设计管子流速应小于3m/s,并需控制阀开、闭速度。
因开泵、停泵、开关阀门过于快速,使水的速度发生急剧变化,特别是突然停泵引起的水锤,可以破坏管道、水泵、阀门,并引起水泵反转,管网压力降低等。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。在极短的时间里,水的流量从零猛到额定流量。由于流体具有动能和一定程度的压缩性,因此在极短的时间内流量的巨大变化将引起对管道的压强过高和过低的冲击。压力冲击将使管壁受力而产生噪声,犹如锤子敲击管道一样,故称为水锤效应。

水锤展示图

水锤效应:
水锤的破坏力与水当时的动量有关,符合冲量定理。Ft=mV,即作用在阀门或管道上的压力X作用时间=水的质量X水的流速。
举个例子给你听听吧,比如我们在路上高速行驶的汽车突然撞墙了,那破坏力是不是很大?那当一辆汽车靠在墙上(此时是静止的)如果你突然发动汽车加油门(此时速度较小).你觉得会给墙造成多大破坏?
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。水锤效应”是指在水管内部,管内壁光滑,水流动自如。当打开的阀门突然关闭,水流对阀门及管壁,主要是阀门会产生一个压力。由于管壁光滑,后续水流在惯性的作用下,迅速达到最大,并产生破坏作用,这就是水力学当中的“水锤效应”,也就是正水锤。在水利管道建设中都要考虑这一因素。相反,关闭的阀门在突然打开后,也会产生水锤,叫负水锤,也有一定的破坏力,但没有前者大。
水锤发生原因:
冷水进入
在蒸汽主管上由于辐射散热的原因,会产生冷凝水。蒸汽在管道内高速的流动从而带动冷凝水一起流动造成了涟漪。通过这种情况,随着蒸汽的带动冷凝水在管道内慢慢形成了一定的规模。这个就类似于由于强风而形成巨大的浪。

水锤冷水进入发生原因

在这种情况下,水锤现象发生是当冷凝水猛烈的撞击到弯头或一个关闭着的阀门。
蒸汽冷凝
当蒸汽损失了热量,它会转变为冷凝水,其体积会比蒸汽小1000倍。因此当蒸汽进入接触到低温的冷凝水从而发生冷凝,蒸汽的体积立刻发生巨大的变化。
当蒸汽在冷凝过程中,由于体积减小会暂时形成真空状态,因此管道内的冷凝水会被吸到这个真空的空间。这种情况就会形成水锤,冷凝水在管道内形成浪涌互相的撞击。
简而言之,管道内的低温冷凝水与蒸汽混合是非常危险的。但这样的情况又是非常普遍的,像在冷凝水回收系统中或类似的系统,这种是一种非常难以解决的水锤形式。
值得注意的是这种类型的水锤形式不仅仅出现在冷凝水回收系统中,也同样会发生在蒸汽配送管道和蒸汽用设备中。

水锤蒸汽冷凝发生原因

以上所提及的两大类型水锤都会产生巨大的破坏,但相对而言第二种形式的水锤发生的频率更高。
水锤影响因素:
曾经,普遍认为越是低温的冷凝水越可能造成严重的水锤。然而,实验却揭示了一个惊人的事实,实验表明当冷凝水的温度略低于蒸汽温度时会对水锤的形成造成最大的影响。
更确切的讲,假设当蒸汽温度为100℃,冷凝水温度处于70℃~80℃时产生水锤的几率要大于冷凝水温度处于50℃~60℃时。

水锤影响因素

事实上,水锤所造成的影响是通过计算得出数据的。这个计算结果可以显示出水锤的强度与蒸汽冷凝的体积的关系。(蒸汽块)
通过三个图表我们可以看出冷凝水的温度情况:
左边的图表:蒸汽接触到低温的冷凝水立刻发生冷凝现象。如这种情况,当有水锤发生时也只会产生小的蒸汽泡,不会形成大的蒸汽块,因此只会形成小型的水锤。
中间的图表是最大的隐患。由于冷凝水与蒸汽的温差相对较小,在20-30℃之间。因此冷凝水不会马上冷凝,但通过逐步的累积,当蒸汽到达冷凝点时,全部的蒸汽会立刻发生冷凝。由于缓慢的冷凝时间,从而使蒸汽与冷凝水接触的时间很长,会产生大量的蒸汽泡,形成大型的水锤。
右边的图表:蒸汽与冷凝水接触时的温度相同。在这种情况下,不会有蒸汽冷凝的情况发生同时也不会产生水锤。这一情况证明了当饱和冷凝水排出疏水阀时的温度与闪蒸汽的温度相同时,是不会水锤产生的。