水击
水击现象资料
02
• 阻尼：流体在管道或设备中 的摩擦、碰撞等 • 惯性：流体在运动过程中具 有的保持原有速度的性质
水击现象的主要类型及其特点
水击波：当流 体中的压力波 以音速传播时， 称为水击波
01
• 特点：传播速度快，能量大， 易导致管道和设备损坏
蒸汽水击：当 蒸汽与液态水 混合时，由于 密度差异和速 来自差异而产生 的水击现象03
水击现象的预防与应对措施
设计阶段的预防措施与方法
合理设计：在设计阶段，充分考虑管道和设备的水 击承受能力，合理选择管径、壁厚等材料
• 管径：选择合适的管径，以减小流体 在管道中的流速，降低水击风险 • 壁厚：选择合适的壁厚，以提高管道 的强度和刚度，抵抗水击冲击力
缓冲装置：在管道和设备上设置缓冲装 置，以减小水击现象的影响
水击现象深度解析
01
水击现象的基本概念与原理
水击现象的定义及其成因
水击现象是指 在流体（如水） 中，由于流速 突变或压力突 变而导致的现
象
01
• 流速突变：如阀门突然关闭、 泵的启停等 • 压力突变：如流体在不同高 度的压力变化
成因：水击现 象主要是由于 流体在管道或 设备中受到阻 尼和惯性作用
04
水击现象的研究进展与展望
水击现象的研究现状及分析方法
• 研究现状：水击现象的研究已取得一定的成果，但仍存在一些问题和挑战 • 理论研究：水击现象的理论研究已取得一定的进展，但仍有待进一步完善 • 实验研究：水击现象的实验研究相对较少，需要进一步开展
• 分析方法：水击现象的分析方法主要有数值模拟、实验研究和现场监测等 • 数值模拟：通过建立数学模型，对水击现象进行模拟分析，预测水击现象的发生和发展 • 实验研究：通过实验装置，对水击现象进行实验研究，验证理论分析和数值模拟的结果 • 现场监测：通过对管道和设备的现场监测，收集实际运行数据，为水击现象的研究和分析提供依据
水击计算
水击计算当发生水击现象时，根据流体力学原理，压力管道中任一点的流速和压力不仅与该点的位置有关，而且与时间有关，这一不稳定状态将持续过渡到下一个稳定状态。
设在水平管内取出一段流体，在时间段△t 内，水击波从流体的一边传递到另一边。
水击波传播速度为a ，所以流体长度为△L= a △t 。
设原有的流速为V 0，水击波通过后的流速为V 0 –△V ，流速变化值为△V 。
压强也从原有的γH 增大到γ(H+△H)，同时流体密度和管道断面都有相应的变化。
根据冲量变化应等于动量变化的原理，即△ p △t = m △V[(γ+△γ)( H+△H)( A+△A)－γHA] △t=()g γγ∆+( A+△A) △L △V 忽略二阶微量，并且t L ∆∆ = a ，得： △H + H A A ∆ = ga △V 再忽略管道断面的变化，得出水击压头的增值为：△H = g a△V = g a(V 0 –V)式中：△H —— 水击压头 ，m ；a —— 水击波速 ，m/s ；V 0 —— 起始流速 ，0.91m/s ；V —— 终了流速 ，0m/s ；A —— 管内截面积，m 2 ；γ —— 流体的容重，kg/m 2. S 2；g —— 重力加速度 ，9.81m/s 2。
再根据连续方程，求得水击波速为：a = EeKD K +1ρ 式中： a —— 水击波速 ，m/s ；K —— 介质的体积弹性模量，1242MPa ；ρ —— 介质密度 ，856kg/m 3 ；D —— 管道内径 ， 0.208m ；e —— 管壁厚度 ，0.0052m ； E —— 管材的弹性模量，2.5×105MPa 。
a 约为 1100m/s 。
水击压头： △H = g a(V 0 –V) =81.91100× 0.91 = 102 m。
水击的名词解释
水击的名词解释水击是指在液体管道中由于突然关闭阀门、快速关泵或其他原因引起的水流的冲击现象。
水击通常伴随着巨大的压力波、噪声以及可能的管道破裂或设备损坏。
这一现象不仅常见于日常生活中的供水系统和给水排水工程，也在许多工业领域中发生。
水击的发生原因可以从物理和工程角度来解释。
当液体管道中的流动状态发生突变时，液体的动能会突然丧失，产生超压现象，导致水击发生。
水击的原因包括管道突然关闭、泵的快速关停、闸阀闸板突然关闭、水流速度突变等。
水击现象并非仅仅是水管爆裂或水龙头噪声大的表面问题。
它也可能给管道系统带来许多隐藏的问题，如管道的振动和应力集中，设备的磨损和损坏等。
特别是对柔性管道而言，由于其较低的刚度，更容易受到水击的影响，因此在工程设计和运行中需要特别注意。
在日常生活中，我们常常会遇到水击现象。
当我们在家中使用水龙头，突然关闭水流，就会听到明显的噪音，这就是由于水击效应导致的。
同样，在供水系统中，当阀门关闭速度过快时，也会产生水击现象。
这不仅会给管道系统带来噪声问题，还可能对管道和水泵等设备造成损坏。
工程领域中，水击问题更加复杂且严重。
例如，在一座大型水电站中，当发电机组突然停机，液压系统急速关闭时，就会产生严重的水击现象。
这不仅可能损坏供水系统中的各种设备，还可能对整个水电站的运行安全造成威胁。
为了解决水击问题，工程师们采取了一系列的措施。
其中包括增加管道的刚度和强度，安装减压泄水装置，调整闸阀关闭速度，使用液压缓冲器等。
这些方法可以减缓或消除水击现象，并保护管道系统和设备的安全运行。
此外，研究水击现象对于改进水力学理论和工程实践也具有重要意义。
通过深入研究水击的发生机理和规律，可以优化管道系统的设计和运行方案，提高水力设备的工作效率，减少能源消耗和环境污染。
总之，水击是一种由于液体流动突变引起的冲击现象，它在日常生活和工程实践中都非常常见。
水击不仅会产生噪声和管道破裂等问题，还可能对工程设备带来隐藏的损害。
水击(水锤)
水击：又名水锤，在有压管道系统中，由于某一管路元件工作状态的改变，使液体流速发生急剧变化，同时引起管内液体压强大幅度波动的现象。
它是有压管道非恒定流问题中的一种。
管道中任一段面的流速、压强、液体的密度及管道直径，不仅与空间位置而且与时间有关。
它可能导致管道系统强烈震动、噪声和空蚀，甚至使管道严重变形或爆裂。
管道系统中阀门的急剧关闭及开启、水泵突然停机，以及在水电站运行过程中，由于电力系统负荷的改变而迅速启闭导水叶或闸阀等，都会产生水击。
具体到蒸汽管道，主蒸汽管道内疏水不彻底,残存有少量凝结水,高温蒸汽遇冷凝结,体积缩小，产生局部真空，水滴高速冲向真空区域,从而产生水击。
还有疏水管道内压力小于冷凝水的饱和压力造成了二次汽化，也是水击的原因。
解决的措施：1.按规程进行通汽操作，暖管之前打开疏水阀疏水，特别注意要缓慢开启阀门。
2.保持正常的疏水，及时排除冷凝水，避免汽水共存而发生水击。
3.稍微提高冷凝管操作压力，避免二次汽化。
水击water hammer有压管道中，液体流速发生急剧变化所引起的压强大幅度波动的现象。
管道系统中闸门急剧启闭，输水管水泵突然停机，水轮机启闭导水叶，室内卫生用具关闭水龙头，都会产生水击。
水击可导致管道系统的强烈震动，间接水击的计算需要知道流速随时间变化的关系，产生噪声和气穴。
掌握水击压强的变化规律对输水管道的设计，对消减水击的破坏作用，有很大的实际意义。
水击的基本问题是最大压强的计算，最大压强一般出现在发射波断面（如阀门处）。
水锤water hammer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。
水锤效应是一种形象的说法.它是指给水泵在起动和停车时，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车，水流对阀门及管壁，主要是阀门或泵会产生一个压力。
什么是压力管道的水击(水锤)现象？有何危害？如何消除？
什么是压力管道的水击（水锤）现象？有何危害？如何消除？
在压力管道中，由于液体流速的急剧改变，从而造成瞬时压力显著、反复、迅速变化的现象，称为水击，也称水锤。
引起水击的基本原因是：当压力管道的阀门突然关闭或开启时，当水泵突然停止或启动时，因瞬时流速发生急剧变化，引起液体动量迅速改变，而使压力显著变化。
管道上止回阀失灵，也会发生水击现象。
在蒸汽管道中，若暖管不充分，疏水不彻底，导致送出的蒸汽部分凝结成水，体积突然缩小，造成局部真空，周围介质将高速向此处冲击，也会发出巨大的音响和振动。
水击现象发生时，压力升高值可能为正常压力的好多倍，使管壁材料承受很大应力；压力的反复变化，会引起管道和设备的振动，严重时会造成管道、管道附件及设备的损坏。
消除或减轻水击危害的基本方法有：
（1） 缓慢开启或关闭阀门；
（2） 尽量缩短阀件与容器间的管道长度；
（3） 止回阀应动作灵活，不应出现忽开忽关现象；
（4） 管道就装设安全阀、空气阀或蓄能器；
（5） 蒸汽管道送汽前要充分暖管，彻底疏水，然后缓慢开启阀门送汽。
55水击现象汇总
同时压力升高ph。然后相邻的另一层液体也停止了 流动，压力也相应升高ph。这种压力升高以水击波
的传播速度c由阀门N处一直向管道进口M传播。经 时间 t L / c 传到管道进口，这时整个管道中压力 都升高到p+ph。液体受到压缩，密度增高，管壁膨 胀，这是一个减速增压的压缩过程。
水击简介
一、水击现象
当液体在压力管道中流动时，由于某种外界原 因（如阀门的突然开启或关闭，或者水泵的突然 停车或启动，以及其它一些特殊情况）液体流动 速度突然改变，引起管道中压力产生反复的、急 剧的变化，这种现象称为水击（或水锤）。
二、危害
①水击现象发生后，引起压力升高的数值，可能达 到正常压力的几十倍甚至几百倍，而且增压和减 压交替频率很快，反复的冲击会使金属表面损坏， 打出许多麻点，轻者增大了流动阻力，重者损坏 管道及设备，使其产生变形，严重时会造成管道 的破裂。
由于流体的惯性作用，管中流体仍以速度v向下 流动，但阀门关闭，流体被阻止，于是又重复刚 才的过程。
五、水击压强计算
控制体轴向合外力： ( p ph )A pA ph A
控制体内流体轴向动量变化： m(v2 v1) Ac(dtA
Ac(dt)v
dt
Acv
得水击压强： ph cv
六、消除水击的措施
① 尽可能的延长阀门的启闭时间，缩短管道长度。
② 减小流速。（一般液压系统中最大流速限制在5～7m/s 左右,给水管网中3m/s）。
③ 采用过载保护，在可能产生水击的管道中装设安全阀、 调压塔、溢流阀和蓄能器等以缓冲水击压力。
④ 增加管道弹性，例如液压系统中，铜管和铝管就比钢 管有更好的防水击性能，或采用弹性较大的软管，如橡胶 或尼龙管吸收冲击能量，则可更明显地减轻水击。
什么叫作水击
１．什么叫作水击？２．水击时伴随什么样的现象？３．在收发油作业过程式中，有那些操作会引起水击？４．给生产和设备带来什么样的危害？５．防止和减少水击有哪些措施方法？２．1 水击及其危害水击是压力管道中一种重要的非恒定流。
当压力管道中的流速因外界原因而发生急剧变化时，引起液体内部压强迅速交替升降的现象，这种交替升降的压强作用在管壁、阀门或其他管路元件上好像锤击一样，称为水击。
水击引发的压强的升高或降低，有时会达到很大的数值，处理不当将导致管道系统发生强烈的震动，引起管道严重变形甚至爆裂。
因此，在压力管道引水系统的设计中，必须进行水击压力计算，并研究防止和削弱水击作用的措施。
2 水击压力防护措施为确保管道安全运行，除在设计中慎重考虑外，更应加强管理，制定和遵守严格操作规程。
水击压力计算公式表明：影响水击压力的主要因素有阀门起闭时间、管道长度和管内流速，因此，可针对以上因素在管道工程设计和运行管理中采取以下措施来避免和减小水击危害。
（1）操作运行中应缓慢启闭闸门以延长闸门启闭时间，从而避免产生直接水击并可降低间接水击压力。
（2）由于水击压力与管内流速成正比，因此在设计中应控制管内流速不超过最大流速限制范围。
但有时管道中的流量是一定的，管径一般由动能经济计算确定，减小流速意味着加大管径。
用减小流速的办法降低水击压强，往往是不经济的，一般并不采用。
但在一定的条件下，例如适当的加大管径可以免设调压井时，采用这一措施可能是合理的。
（3）由于水击压力与管道长度成正比，因此在设计中可隔一定距离设置具有自由水面的调压井或安装安全阀和进排气阀，以缩短管道计算长度并消减水击压力。
减压阀适用于引水管道较长和不担任调频任务的中小型水电站是比较经济的。
但由于减压阀在电站机组增加负荷时不起作用，不能改善电站运行的稳定性，电站在变动小负荷（机组额定出力15％以下）时减压阀不动作，因而恶化了机组的速动性，这种一般采用调压井减小水击压强。
水锤(水击)的产生、危害与防护措施
水锤（水击）的产生、危害与防护措施水锤又称水击。
是指水或其他液体输送过程中，由于阀门突然开关、水泵骤然启停等原因，流速突然变化且压强大幅波动的现象。
突然停电或阀门关闭太快，由于压力水流的惯性，产生水流冲击波，就象锤子敲打一样，我们称之为水锤。
供水管道壁光滑，后续水流在惯性的“帮凶”下，水力迅速达到最大，所以容易造成破坏作用（如破坏阀门和水泵等），这就是水力学中的“水锤效应”，也叫正水锤；相反，阀门或水泵突然开启，也会产生水锤效应，叫负水锤。
这种大幅波动的压力冲击波，极易导致管道因局部超压而破裂、损坏设备等。
所以水锤效应防护是供水管道工程设计施工中必须要考虑的关键因素。
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、不规范的施工是给水管道工程存在的隐患7.1如三通、弯头、异径管等节点的水泥止推墩制作不符合要求。
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、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；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对于水锤的防护措施很多，但需根据水锤可能产生的原因，采取不同的措施。
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，管线愈长，停泵水锤值愈大。
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。
直接水击的计算公式
直接水击的计算公式
水击按阀门启闭时间和波的往返传播时间的关系可分为直接水击和间接水击。
若阀门关闭时间T8≤2L/c，在来自进口的反向波到达管末端前，阀门已关闭，管末端水击只受正向波影响，此压力过程称为直接水击。
这时v=0，F（t+x/c）=0，由上两式得直接水击计算公式：ΔH=cv0/g。
若阀门关闭时间T8>2L/c，在来自进口的反向波到达管末端前，阀门尚未关闭，这时水击是由阀门处产生的正向波和从上游来的反向波叠加而成，此压力过程称为间接水击。
间接水击的计算有解析法(用连锁方程求解)、图解法和特征线法等。
对简单管道，可采用前两种方法，对边界条件复杂的管道采用后一种方法利用电子计算机计算较为方便。
设计某些管道应考虑水击压力，必要时可在管道适当的位置设调压塔或减压阀，以削减水击压力，防止管道破坏事故。
5.5 水击现象概述
三、应用
水锤泵（又称水锤扬水机）就是利用水击压力变化反复工作的，
且不需要任何其它动力设备。
四、水击的传播过程
长度为 L的管道，上游M点连接水池，下游N点装有 闸门，水击前管道内的流动速度为v。 1．压缩过程 阀门突然关闭，首先在 N-N断面上液体停止了流动， 同时压力升高ph。然后相邻的另一层液体也停止了 流动，压力也相应升高ph。这种压力升高以水击波 的传播速度c由阀门N处一直向管道进口 M传播。经 时间 t L / c 传到管道进口，这时整个管道中压力 都升高到p+ph。液体受到压缩，密度增高，管壁膨 胀，这是一个减速增压的压缩过程。
4．膨胀恢复过程 膨胀过程结束后，由于容器内的压力高于管道内 的压力，在压差的作用下，液体以速度v 流向管 内,最先使管道进口M处的压力恢复到正常情况。 然后压力的恢复由 M断面以水击波的传播速度c 向N断面传播。从关闭阀门时算起，经过时 间 t 4 L / c ，完成了增速增压的膨胀恢复过程， 使整个管道中液体的压力、密度都恢复到了正常 值，完成了一个周期的水击变化过程。 由于流体的惯性作用，管中流体仍以速度v向下 流动，但阀门关闭，流体被阻止，于是又重复刚 才的过程。
水击简介 一、水击现象
当液体在压力管道中流动时，由于某种外界原 因（如阀门的突然开启或关闭，或者水泵的突然 停车或启动，以及其它一些特殊情况）液体流动 速度突然改变，引起管道中压力产生反复的、急 剧的变，这种现象称为水击（或水锤）。
二、危害
①水击现象发生后，引起压力升高的数值，可能达
到正常压力的几十倍甚至几百倍，而且增压和减 压交替频率很快，反复的冲击会使金属表面损坏， 打出许多麻点，轻者增大了流动阻力，重者损坏 管道及设备，使其产生变形，严重时会造成管道 的破裂。 ②压力的反复变化会使管壁及设备受到反复的冲击， 发出强烈的振动和噪音，尤如管道受到锤击一样， 故又称为水锤。
防止水击的措施
防止水击的措施1. 引言水击是指液压系统中瞬间产生的冲击压力，可以对系统造成严重的破坏。
水击通常发生在液压系统中液体流速突然改变或关闭时，导致液体的瞬时反冲压力增加，从而对管道、阀门和其他液压元件造成破坏。
为了防止水击的发生，我们需要采取相应的措施。
2. 水击的危害水击造成的损坏主要包括以下几个方面：•管道破裂：水击会导致管道瞬时增加的压力超过其承受范围，从而导致管道破裂，造成液体泄漏和系统停工。
•阀门损坏：水击会对阀门产生剧烈的冲击力，导致阀门的密封面损坏，甚至导致阀芯卡死或阀门无法正常开闭。
•液压元件破坏：水击会产生剧烈的液体反冲压力，对液压元件（如油缸、液控阀等）造成损坏，降低其寿命。
•噪声和振动：水击会产生较大的噪声和振动，影响系统的工作环境，对工作人员的健康造成潜在威胁。
为了避免以上问题的发生，我们需要采取一系列的措施来防止水击。
3. 防止水击的措施3.1. 减小流速变化•合理设计管路：在设计液压系统时，应充分考虑流速变化的因素，合理设计管道布局和尺寸，避免管道急剧变窄或急转弯。
•使用缓冲器件：在系统的流速变化处使用缓冲器件，如缓冲阀、缓冲块等，以减缓液体流速的变化，降低冲击力。
3.2. 控制阀门操作•缓慢开关阀门：对于需要频繁操作的阀门，应缓慢开关，避免阀门关闭时产生的快速液体反冲压力。
•使用阻尼装置：在阀门的液体进出口处，可以安装阻尼装置，以降低液体的流速，减少反冲压力。
3.3. 使用缓冲器件•安装液压缓冲器：在冲击较大的工作位置或传动装置上，可以安装液压缓冲器，它能够吸收冲击力，减小冲击压力的大小。
•使用液压阻尼器：液压阻尼器可以通过调整其内部的油液阻尼系数来控制液体的流速，从而减小液体反冲压力的大小。
3.4. 优化系统控制•精确控制流量：通过使用流量控制阀、溢流阀等来控制流体的流量，避免流量突然变化，从而减小液体反冲压力的大小。
•合理安排启停时间：在系统的启动和停止过程中，应合理安排时间，避免快速启停造成的液体冲击。
第07章_水击
§3 水击计算的边界 条件及水击波的反射
一、边界条件
1、管道进口 水库：水库水位变化较慢，可忽略。
前池：自动调节渠道，水位变化大，但周期长；非 自动调节渠道，水位变化小，但周期长。二均忽略。 H=Const
2、岔管 压力条件：H1=H2=H3 连续条件：∑Qi=0 3、封闭端 Q=0 4、调压室 可将调压室视为岔管 ∴ H1=H2=H3 ∑Qi=0
fx 2 gDA2 g f H P H S vP vS vS vS t P t S 0 a 2D
C1
a gA
C2
（B）
H P HS C1 QP QS C2QS QS 方程(A)(B)中有两个未知数HP，VP，因此是可解的。
C
C
g dH dv f vv 0 c dt dt 2 D dx c dt
二、差分格式的形式
下面对方程沿RP、SP积分，则
g H P H R vP vR f vR vR t P t R 0 （A） a 2D
H P H R C1 QP QR C2QR QR
3L/a<t<4L/a：t=3L/a时，管道进口的两侧存在着压力 差，在此压差的作用下，水库中水体又以v0向阀门方向移动， 产生一个增压波，此波使得管道压力恢复正常，流体密度 与管壁也恢复初始状态，在t=4L/a时，增压波抵达阀门处， 此时，管内流态与压力管本身的状态是与阀门关闭前是完 全一样的。
此二方程称之为水击基本方程组。 （1）F、f称之为压力波函数，二者具有长度的量纲; （2）方程的具体解答依赖于初、边条件; （3）F以不变的波形等速a向上游传播; （4）f以不变的波形向下游传播。
水击
柱分离。
三、一个中间泵站突然停运时的水击特点
三、一个中间泵站突然停运时的水击特点
三、一个中间泵站突然停运时的水击特点
三、一个中间泵站突然停运时的水击特点
气体逸出和液柱分离
四、密闭输送管道的事故保护
输油管道中发生的水击，从产生的原因有许多种，但
对管道与设备安全构成威胁的有两种：
（1）中间泵站因为动力中断，输油泵突然全部关闭， 在停泵站进口侧产生高压波，停泵站出口侧产生低压波；
对于事故引起的流量变化，产生的瞬变流动剧烈程度，
取决于事故本身的性质。如果压力变化引起的瞬变压力 超过管道允许的工作条件，就需要对管道系统采取相应 的调节与保护措施。
二、水击计算的基本公式
1、水击压力 由于液流速度的时变化所引起的初始水击压力值可按 下式计算：
p a（v 0 - v）
五、干线检漏
（1）、压力坡降法检漏 （2）、压力波法检漏
谢谢大家!
输油管道中的 水击
新疆油田油气储运公司 2012年5月25日
主要内容
一、水击产生的原因及危害 二、水击计算的基本公式 三、一个中间站突然停运时的水击特点 四、密闭输送管道的事故保护
一、水击产生的原因及危害
水击现象：指在压力管道中，由于某种原因而引起流速
变化时，引起管内压力的突然变化。造成压力波在管内的迅
所不同的是利用外加氮气系统，适用于各种油品，缺点是
需要一套复杂的氮气系统，投资和运行费用较高。
四、密闭输送管道的事故保护 （ 1）、泄放保护
泄放阀参数的计算在于根据阀的口径及所定压力给定 值确定其泄放量，计算公式如下：
Ps Q 0.0865KF 式中 Q —泄放阀泄放能力，d m3/h；
水击
在管壁材料强度允许的条件下，应当选用直径较大， 管壁较薄的水管。
水击波传播的速度
根据质量守恒原理可推导出水击波的传播速度
c
c0
(1 D K )
E
c：0 声波在水中的传播速度 c0 1435m/s
K——液体的弹性系数 E、D、δ——管壁材料的弹性模量、管径、管壁厚度
2、减压顺波
H
c H
B
v0
v=0 A
L
阶段 时段
速度 变化
流速方向
压强变化
水击波 传播方向
运动状态
液体状态
(b) L/c<t<2L/c 0 → -v0 阀门→水库 恢复原状 水库→阀门 减速减压 恢复原状
h0
B
v0
A
L
时刻
全管速度
全管压强 水头
水击波 到达
t=2L/c
v= -v0
H
A点
液体状态
v= v0
h0
A点
复原
状
态
阶段 时段
速度 变化
流速方向
压强变化
水击波 传播方向
运动状态 液体状态
(a) 0<t<L/c v0→0 水库→阀门 增高p 阀门→水库 减速增压 压缩 (b) L/c<t<2L/c 0 → -v0 阀门→水库 恢复原状 水库→阀门 减速减压 恢复原状 (c) 2L/c<t<3L/c -v0→0 阀门→水库 减低p 阀门→水库 增速减压 膨胀
若关闭阀门所经历的总时间为Ts，则可将它分成n 个时段△t1， △t2 ，…… △tn ， Ts =∑△t1 ，
汽轮机水击的现象
汽轮机水击的现象在汽轮机运行的过程中，水击是一种常见的现象。
水击指的是在汽轮机中，由于水分进入到了高温高压的汽轮机中，与旋转的叶片发生剧烈的碰撞，造成机械振动和噪音的现象。
水击通常发生在汽轮机的凝汽器或凝汽器的排水系统中。
凝汽器是汽轮机的重要组成部分，其主要作用是将汽轮机排出的蒸汽冷凝成水，并回收利用。
然而，在凝汽器中，由于环境的原因，常常会有水分进入到凝汽器中。
当水分进入到凝汽器的排水系统中时，由于系统内部的压力和温度的变化，水分可能会发生相变，从液态变为气态。
当水分变为气态时，其体积会急剧膨胀，产生巨大的冲击力。
这种冲击力会使得水分与凝汽器中的叶片发生碰撞，从而产生机械振动和噪音。
水击对汽轮机的运行是有害的。
首先，水击会导致汽轮机的叶片受到损坏。
叶片是汽轮机中起到转动作用的关键部件，一旦受到损坏，就会影响到汽轮机的运行效率和安全性。
其次，水击还会引起汽轮机的振动和噪音。
振动会导致汽轮机的各个部件受到额外的力的作用，加速其疲劳破坏；噪音则会影响到周围环境和人员的安全和健康。
为了避免水击的发生，汽轮机的凝汽器和排水系统需要进行严格的设计和维护。
首先，凝汽器的排水系统需要保持畅通，避免水分堆积和积聚。
其次，凝汽器的排水系统需要设置合理的阀门和排水装置，以控制水分的流动和排出。
此外，还可以使用一些技术手段来减少水击的发生，如设置冲击吸收器和减震装置等。
水击是汽轮机运行中常见的问题，它会对汽轮机的运行效率和安全性造成不利影响。
为了避免水击的发生，需要对凝汽器和排水系统进行合理设计和维护，并采取相应的技术手段来减少水击的发生。
只有这样，才能确保汽轮机的正常运行和长久稳定的运行。
关于电厂管道水击产生的原因分析及解决方法(精)
一、水击现象及其危害当水或汽等流体在压力管道中流动时，当遇到突然关闭或开启阀门，水泵突然停机或启动，温度急剧变化时，流体的流动速度会发生突然变化，由于流体的惯性和压缩性，引起管道中流动的流体压力发生反复的、急剧的周期性变化，这种现象称为水击（或水锤）。
发生水击现象时管道内压力会有一个急剧的升高，其数值可能达到正常工作压力的几倍甚至数十倍，使管壁材料及管道上的设备及附件承受很大的压力，并伴随着管壁的扩张和收缩，发出强烈的振动和噪音，有如管道受到锤击的声音。
同时，高频交变应力作用在管壁上，加之强烈的振动和流体的冲击，会使金属表面打击出许多麻点。
如果此时管道系统存在缺陷，则有可能对管道或热力设备造成破坏，导致事故的发生。
所以水击不仅增加流体的流动阻力，而且也严重危及到管道系统及有关设备的安全运行。
特别是大流量、高流速的长管中以及输送温度高、压力大的水泵中更为严重。
电厂中常见的管道水击现象多发生在蒸汽管道、给水管道、循环水管道、疏水管道等汽水管道中，但在蒸汽、给水管道中发生水击现象时具体现象有所不同，相应的处理防范措施也有所不同。
二、蒸汽管道的水击与防范处理1、常见蒸汽管道的水击现象及特征在热力发电厂中水击现象最容易在蒸汽管道中发生，以下几种情况蒸汽管道水击现象比较普遍：（1）蒸汽管道由冷态备用状态投入运行，因进汽阀门开启过快或过大致使管道暖管不足；或是管道疏水未开启及疏水管堵塞时，管道比较容易发生水击。
如蒸汽管网供暖和停暖时。
（2）汽轮机或锅炉负荷增加速度过快，或是锅炉汽包发生满水、汽水共腾等事故，使蒸汽带水进入管道。
（3）运行的蒸汽管道停运后相应疏水没有及时开启或开度不足，在相关联的进汽阀门未关闭严密情况下，漏入停运管道内的蒸汽逐渐冷却为水并积聚在管道中，在一定时间后，管道将发生水击。
蒸汽管道发生上列水击现象时，主要的现象是管道系统发生振动，管道本体、支（吊）架及管道穿墙处均有振动，水击越强烈振动也越强烈；二是管道内发出刺耳的声响，但不同情况下的水击时发出的声响各有特点，如投运时暖管或疏水不足的管道多阶段性地发出“咚咚”的声响；而蒸汽带水进入管道则多发出类似空袭警报声的连续啸叫声；停运后的蒸汽管道如前述发生水击时多阶段性的发出如金属敲击般的尖锐声响。
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1 水击及其危害水击是压力管道中一种重要的非恒定流。
当压力管道中的流速因外界原因而发生急剧变化时，引起液体内部压强迅速交替升降的现象，这种交替升降的压强作用在管壁、阀门或其他管路元件上好像锤击一样，称为水击。
水击引发的压强的升高或降低，有时会达到很大的数值，处理不当将导致管道系统发生强烈的震动，引起管道严重变形甚至爆裂。
因此，在压力管道引水系统的设计中，必须进行水击压力计算，并研究防止和削弱水击作用的措施。
2 水击压力防护措施为确保管道安全运行，除在设计中慎重考虑外，更应加强管理，制定和遵守严格操作规程。
水击压力计算公式表明：影响水击压力的主要因素有阀门起闭时间、管道长度和管内流速，因此，可针对以上因素在管道工程设计和运行管理中采取以下措施来避免和减小水击危害。
（1）操作运行中应缓慢启闭闸门以延长闸门启闭时间，从而避免产生直接水击并可降低间接水击压力。
（2）由于水击压力与管内流速成正比，因此在设计中应控制管内流速不超过最大流速限制范围。
但有时管道中的流量是一定的，管径一般由动能经济计算确定，减小流速意味着加大管径。
用减小流速的办法降低水击压强，往往是不经济的，一般并不采用。
但在一定的条件下，例如适当的加大管径可以免设调压井时，采用这一措施可能是合理的。
（3）由于水击压力与管道长度成正比，因此在设计中可隔一定距离设置具有自由水面的调压井或安装安全阀和进排气阀，以缩短管道计算长度并消减水击压力。
减压阀适用于引水管道较长和不担任调频任务的中小型水电站是比较经济的。
但由于减压阀在电站机组增加负荷时不起作用，不能改善电站运行的稳定性，电站在变动小负荷（机组额定出力15％以下）时减压阀不动作，因而恶化了机组的速动性，这种一般采用调压井减小水击压强。
水击压头H=a•△V/g= a•(V0－V)/g其中：V0－水击前的流速，米/秒V－水击后的流速，米/秒g－重力加速度，米/秒2a－水击波传播速度，米/秒，与管径、壁厚、管道材质、管道弹性模量、介质密度、介质的体积弹性系数、管道的固定情况有关可见，对输送某种介质的某条管道，水击压头的大小与水击时管道流速的变化量成正比（注意流速应有方向性，假设某方向为正，即反方向应为负）第四节输油管道中的水击一、水击产生的原因及其危害水击现象，是指在压力管路中，由于某种原因而引起流速变化时，引起的管内压力的突然变化。
如开关阀门过快，突然停泵等，均会引起阀门处、泵入口的油流压力突然变化。
造成压力波在管内的迅速传递，并可听到对管壁的锤击声音，故把水击又称作水锤。
水击压力是由于惯性造成的，它的实质是能量转换。
即液体在减速的情况下将其动能转换为压能；在液流加速的情况下，压能转换为动能。
对于一般原油管路，流速变化1m/s所引起的水击压力值约为1Mpa，汽油管路则为0.8Mpa～0.9Mpa。
液体流速突然下降(特别是高流速的管道)所产生的水击是最危险的。
如突然关阀、突然停泵，可能产生很高的水击压力。
当某中间泵站突然停电引起泵机组突然停运时，该站突然停止了对下站的供油，但上站仍以常量向停电站输油，故在停电站的入口处，上站来油停止流动，发生阻塞，致使压力上升；而在通往下站的管路内，油流在惯性作用下，仍保持向前流动，使停电站出口处因断流而产生真空，少量的液体蒸发，蒸发产生的气体积聚在管线的高点形成气泡，当气泡破裂时上下游的液体相撞，产生高压。
水击严重时会产生管线爆裂事故。
如前苏联的奥姆斯克一索库尔轻油输油管道，有一中间泵站因电源故障，突然停泵，致使从A 站到B站的全部液流立即停止流动，产生水击，使上站的管道发生破裂。
因此，在泵站和管道的设计中，尤其是以“从泵到泵”输送方式的输油管道，如果不考虑这一点，将会发生严重的后果，常导致管道发生爆裂。
二、水击计算的基本公式1、水击压力由于液流速度的瞬时变化所引起的初始水击压力值(压力增值)可按下式计算（5-4-1）式中ΔP——-由于液流速度的瞬时变化所引起的初始水击压力，Pa；ρ——-液体的密度，kg/m3；a——水击波在该管道中的传播速度，m/s；v0——正常输油时液体流速，m/s；v--一突然改变后的液体流速，m/s。
如阀门突然全部关闭，液体的流速立即降为零，此时的初始水击压力值为(5-4-2)用公式(5-4-1)、(5-4-2)可得出流速突然减小或突然降为零时所引起的压力增值。
如起始流速突然增大，则可得出相应的压力降低值。
2、水击波的传播速度水击波的传播速度a可按下式计算(5-4-3)式中 a——压力波的传播速度，m/s；E-——管材弹性模量，Pa；D——管道内径，m；δ——管壁厚度，m；ρ——液体密度，kg/m3；k——液体的体积弹性系数，Pa；C1——管子的约束系数，取决于管子的约束条件：一端固定，另一端自由伸缩，C1=1-μ/2；管子无轴向位移(埋地管段)，C1=1-μ2；管子轴向可自由伸缩(如承插式接头连接)，C1=1；μ——管材的泊松系数。
表5-4-1 常用材料的弹性模量和泊松系数名称E×l09/Pa μ名称E×l09/Pa μ钢206.9 ≈0.30聚氯乙烯 2.76 ≈0.45铜110.3 ≈0.36石棉水泥≈23.4≈0.30铝72.4 ≈0.33混凝土30～107.8 0.08～0.18球墨铸铁165.5 ≈0.28橡胶≈0.07≈0.45表5-4-2 几种液体的体积弹性系数液体名称体积弹性系数，×105/Pa20℃30℃40℃50℃90℃水丙烷丁烷汽油煤油润滑油23900176035609160136001560013703020 2215010402510120507152130760013800 21750原油15℃密度0.8315℃密度0.90 7℃1530019200 21℃1350017350 38℃1225015600对于一般的钢质管道，压力波在油品中的传播速度大约为1000 m/s～1200m/s，在水中的传播速度大约为1200m/s～1400m/s。
几种常用材料的弹性模量和泊松系数列于表5-4-1。
液体的体积弹性系数随其组成、温度和压力而不同。
但在4.OMPa以下，弹性系数随压力的变化较小，随温度的变化较大。
表5-4-2列出了国外测定的几种液体的体积弹性系数。
由表5-4-2可见，随着温度的升高，液体的体积弹性系数减小。
温度升高，液体的密度也减小，意味着液体的可压缩性增大，压力波的传播速度减小。
三、水击波的传播过程现以等直径简单管道中的水击波传播过程为例，来说明阀门突然关闭时所引起的水击现象。
如图5-4-1所示，液体自具有固定液面的大水池，沿长为L，直径为d的等直径管道流向大气中，管道出口装有阀门。
当阀门开启一定大小的正常情况下，管道中的流速为v0。
如将阀门突然关闭，则阀门处的液体流速从v0突然减少到零。
但由于惯性作用，液体还企图以v0的速度流动，因而将有一惯性力作用于阀门。
根据作用力和反作用力的关系，阀门对液体也有一个大小相等方向相反的反作用力作用于液体并传递给管壁，从而使这层液体被压缩，密度增加，压力增高了ΔP，同时管壁也发生膨胀。
在分析水击现象时，尽管液体和管子的弹性都不大，即压缩性很小，但绝对不能忽视。
水击传播的一个循环可分为四个阶段：1、水击波传播的第一阶段——管中增压波从阀门向管道进口传播的阶段。
图5-4-1 阀门瞬时关闭后一个周期内管内压力的变化过程如图5-4-1(a)所示。
设阀门在t=0时突然全部关闭。
此时，紧靠阀门的一层液体在很短的时间内，首先停止流动，速度由v0降到零，产生水击增压ΔP，使该层液体受压缩，密度增加，而管壁发生膨胀。
此后，第二层液体相继停止流动，同时压力升高，液体受压缩，使密度增加，管壁膨胀。
这样，由于液体停止而形成的高低压区分界面，依次向上游传播。
传播的速度为a，实际上接近于液体中的音速。
当阀门关闭后t1=L/a时刻，压力波面传到了管道人口处。
这时全管内液体都已停止流动，液体处于被压缩状态，压强增高了ΔP，密度增加，管壁膨胀。
2、水击波传播的第二阶段——管中减压波向下游传播的阶段如图5-4-1(b)所示。
当t1=L/a时，压力波传到了管道人口，由于管道中的压力高于水池压力，所以紧靠水池的一层液体将以速度v0开始向水池流动，而使水击压力消失，压力恢复正常，液体密度和管壁也恢复原状。
从此刻开始，管中的液体高低压分界面又将以速度a自水池向阀门传播，直到t2=2L/a时刻，高低压分界面又传到了阀门处，这时全管道内液体压力和体积都已恢复原状，而且液体以-v0的流速向水池方向流动。
3、水击波传播的第三阶段——减压波向上游传播的阶段如图5-4-1(c)所示。
在t2=2L/a时，全管道恢复正常，但因液流的惯性作用，紧邻阀门的一层液体仍然企图以速度v0向水池方向流动，而后面又没有液体补充，使靠近阀门的微小流段内的液体发生膨胀，因而该段的压力下降ΔP，进而使液体加倍膨胀，管子处于收缩状态。
同样，第二层、第三层液体依次膨胀，形成的减压波面仍以速度a向水池方向传播。
当t3=3L/a 时刻，减压波面传到管子人口处，这时全管道内液流流速为零，压力降低了ΔP液体膨胀，管子收缩。
4、水击波传播的第四阶段——增压波向下游传播的阶段如图5-4-1(d)所示。
在t3=3L/a时，减压波面传到了管道人口处，由于管道中的压力比水池液面静压低ΔP，因而液体又以速度v0向管道中流动，使紧邻管道人口处的一层液体压力恢复正常，液体密度和管道也恢复正常。
这种情况又依次以速度a向阀门方向传播，直到t4=4L/a 时刻，减压波面传到了阀门外，这时液体以v0的流速向阀门方向流动。
图5-4-2 阀门上游侧压力随时间的变化在t4=4L/a时，全管内的压力正常，但仍有一个向下游的流速v0，呈现出开始关阀瞬间同样的状态。
这时，同样会由于液流的惯性作用而产生一个增压波ΔP，从此又开始了压力传播的第二个循环。
如果没有水流摩擦及因管壁和液体的变形所产生的能量损失，这种水击现象将会反复继续下去。
图5-4-3 长输管道的水击压力传播由以上分析可以看出，在水击发生和发展过程中，其流速和压强沿管道每一瞬间都在变化，而在阀门处的B点，压强最先增高和降低，并且时间最长，变化最激烈。
图5-4-2表示阀门B处的水击压力随时间周期变化图。
从图中可看出，从阀门开始关闭的时间起，在t<2L/a的时间内，由上游反射回来的减压波，还没有到达阀门处，因此阀门在(0～2L/a)时间内，所受的压力比静压高。
而在t>2L/a时，由上游反射回来的减压波已经到达了阀门处，一直到t=4L/a为止，因此阀门在(2L/a～4L/a)内所受的压力比静压低，并且在t=4L/a这一瞬向，压强水头又增高了，回到了t=0的情况，以后即重复上述过程，呈周期性变化。