第4章 6节

压力水管中的水，在断电后的最初瞬间，主要靠惯性作用， 以逐渐减慢的速度，继续向高位水池方向流动，然后使其 流速降至零，但这种状态是不稳定的。 在重力水头的作用下，管路中的水又开始向水泵站倒流， 速度又由零逐渐增大，以后的技术特点，应视在水泵压出 口处有无普通止回阀而分别出现下述几种情况。



停泵水锤的暂态过程（无普通止回阀）
过 渡 点 1 0 最 低 下 下降 最 低 降 增 大 过 渡 点 2 过 渡 点 3 水轮机 制动工 况
水泵工况
水泵制动工况
水轮机工况
流量 压力 转速 转矩
下降 下降
负增大 增大 0 最 大
最大负流量，并 有所下降 增大到最大值 并稍有下降 振 荡 变 化
逆转速增大到 nr max 并略降
2 、在输水管路中开始产生水柱分离百度文库地点和时刻、断 流空间（空腔）的大小、两分离水柱相互碰撞的时刻以 及断流弥合水锤的升压值。
3 、为进行停泵水锤分析所需要的其它资料与数据，如 水泵的全性能曲线、水锤波传播和反射等规律以及水泵 机组的惯性效应等。 4 、可能采用的停泵水锤防护措施的技术经济效果。 5 、处于停泵水锤暂态条件下，对水泵机组及管路等主 要设备的机械强度校核与评价 6 、找出经济合理的水锤防护措施，以保证泵站、管道 运行安全。
（4）取消止回阀：允许水泵反转来消除停泵水锤。
取消水泵出口处的止回阀，水流倒回时，可以经过 水泵泄回吸水井，这样不会产生很大的水锤压力，平时 还能减少水头损失，节省电耗。 许多农灌泵站和部分给水取水泵站采用取消止回阀 来消除停泵水锤，取得了良好的效果。
水泵反转带来的主要问题是：
倒回水流会冲击泵倒转，有可能导致轴套退扣(轴套为 丝接时)。停电后应立即关闭出水闸门，否则大量水回泄， 会造成浪费。此外，再开泵时又可能给抽气引水工作带来 困难。对于送水泵站若取消止回阀，配水管网由于大量泄 水可能使管网内压力大大降低，而在个别高处有可能形成 负压，在管网漏水处将外部污染的水吸进管内，使管网受 到污染。
三、停泵水锤防护措施 1 ．防止水柱分离
出现真空
主要应从管路布置上考虑， 不要布置成如图 4 一 38 中 ABC 那样走向，而应布置成 A B’C 的 走向方式。如果由于地形条件所 限，不能变更管路布置，也可考 虑在管路的适当地点设置调压塔。
2 ．防止升压过高的措施 ( 1 )设置水锤消除器： 为防止升压过高，当压力高到一定，可令一部分水排 出管道以达到降压的目的。
1 、在水泵出口处有止回阀的情况（有阀系统） 当管路中倒流水流的速度达到一定程度时，止回阀很 快关闭，因而引起很大的压力上升；而且当水泵机组惯性 小，供水地形高差大时，压力升高也大。 这种带有冲击性的压力突然升高能击毁管路或其它设 备。国内外大量的实践证明，停泵水锤的危害主要是因为 水泵出口止回阀的突然关闭所引起的。
水 柱 分 离
1）下开式水锤消除器 倒流水冲闭止回阀引起压力升高，由排水口泄 出一部分水量，使水锤压力大大的减弱。 优点：在管路中压力降低时发生动作，使在水锤升 压发生前，打开放水，能有效的消除水锤。
缺点：打开后无法自动复位。进行复位时，容易误 操作。
2）自动复位下开式水锤消除器 这种消除器的优点是：(1)可以自动复位；(2)由于 采用了小孔延时方式，有效地消除了二次水锤。
出现真空
水柱 分离

二、停泵水锤计算综述
在具体的技术条件下，如何进行停泵水锤分析，如 何判断停泵水锤的危害，采取何种防护措施来消除其危 害，以及如何估评防护措施的技术经济效果等，都要以 相应的停泵水锤计算为基础。在设计水泵站及输水管路 时，都必须进行有关水压力的校核。 进行停泵水锤计算是为了求得： 1 、在发生停泵水锤的暂态过程中，泵站及管路中流量 Q 、水头 H 、机组转数 n 及轴上转矩 M 等基本参数随 时间 t 而变化的规律以及它们的极值。换言之，就是求 出各主要地点（如泵站和水柱分离处）的停泵水锤暂态 过程线。
设计泵站时，在取消止回阀的情况下，应进行停泵水锤 的计算。目的是： 1)求出水泵机组在水轮机工况下的最大反转数 nr max ， 从而判断水泵叶轮及电机转子承受离心应力的机械强度 是否足够? 2)求出泵壳内部及管路沿线的最大正压值，从而判断在 今后的停泵水锤中有无爆裂管道及损害水泵的危险? 3)求出泵壳内部及管道沿线的最大负压值，从而判断有 无可能形成水柱分离，造成断流水锤等严重事故? 帕马金图表法估算停泵水锤
水轮机工况： 随倒泄水流的加大，水泵开始反转并逐浙 加速，泵中水压也不断升高，倒泄流量很快达到最大值， 反转转速也因而上升，但随着叶轮转速的升高，它作用于 水的离心力也越来越大，阻止水流下泄，反而使倒泄流量 有所降低，从而引起管中正压水锤，使管中压力增至虽大 值，相应的反转转速也达到最大值，由于倒泄流量继续减 小，因而使反转转速略有降低，最后在稳定的出水池静水 头的作用下，机组以不变的转速和流量稳定运行，由于这 时的机组受到泄水水流的作用，在无任何负载的情况下空 转，所以这一稳定转速叫飞逸转速，这时机组的输出转矩 M＝0。从机组开始反转到飞逸转速，称为“水轮机工况”。 水轮机状况的制动工况：由转矩M为零时刻起水泵工作 进入第四阶段。之后，水泵工作的水力暂态(过渡)过程 并没有停息，只是由于各种阻尼的影响，使水头的振荡 和流速的变化等逐渐衰减下来。

2 、在水泵压出口无普通止回阀（无阀系统） 水泵工况： 此阶段管中水力状态和有逆止阀的第一阶 段基本相同，水泵和管中水流由于惯性继续沿原有方向 运动，压力降低，因一般机组惯性较大，当水流速度由 u0变为零而停止流动时，水泵仍继续减速正转。从停泵 到水流静止这一时段，称为“水泵工况”。
制动工况： 瞬态静止的水，在重力或静水头的作用下 开始倒流，回流水对仍在正转的水泵叶轮作用施以反 向冲力，对机组起制动作用，转速迅速降低。从水流 开始倒流到机组转速为零这一段时间，称为‘制动工 况”，由于水流受正向叶轮的阻碍，管中压力开始回 升。
下 降 0

3 、泵管路系统中的水柱分离现象和断流（弥合）水锤
当管路中某处的压力降到当时水温的饱和蒸气压 以下时，水将发生汽化，破坏了水流的连续性，造成 所谓的水柱分离现象。 在该处形成的“空腔段”。当分离开的水柱重新 弥合时或“空腔段”重新被水充满时，由于两股水流 间的剧烈碰撞就会产生压力很高的“断流(弥合)水 锤”。 断流水锤的升压值比—般水流连续时水锤的升压 要大，危害性也大。


发生突然停泵的原因可能有： ( 1 ）由于电力系统或电气设备突然发生故障，人为的误 操作等致使电力供应突然中断。 ( 2 ）雨天雷电引起突然断电。 ( 3 ）水泵机组突然发生机械故障。 ( 4 ) 在自动化泵站中由于维护管理不善，也可能导致机 组突然停电。
停泵水锤的水力过渡过程：
( 2)设置空气缸。 利用气体体积与压力成反比的原理。当发生水锤 时，管内压力升高，空气被压缩，起气垫作用。而当 管内形成负压，甚至发生水柱分离时，它又可以向管 道补水，可以有效地消减停泵水锤的危害。
( 3 )设置缓闭阀。 缓闭阀有缓闭止回阀及缓闭式止回蝶阀，它们均可 使用于泵站中来消除停泵水锤。阀门的缓慢关闭或不全 闭，允许局部倒流，能有效地减弱由于开闸停泵而产生 的高压水锤。压力上升值的控制与阀的缓闭过程有关。
(5)其它措施： 1)设置自动缓闭水力闸阀。 2）用闸门控制。 3）对泵轴采用刹车措施。
第六节 泵站水锤及其防护


一、停泵水锤 在压力管道中，由于流速的剧烈变化而引起一系列 急剧的压力交替升降的水力冲击现象，称为水锤（又叫水 击）。离心泵本身供水均匀，正常运行时在水泵和管路系 统中不产生水锤危害。 一般的操作规程规定，在停泵前需将压水阀门关闭， 因而正常停泵也不引起水锤。 所谓停泵水锤是指水泵机组因突然断电或其他原因， 造成开阀停车时，在水泵及管路中水流速度发生递变而引 起的压力递变现象。