停泵水锤的计算方法
关于停泵水锤的分析及防护
关于停泵水锤的分析及防护摘要：介绍了停泵水锤的危害及其防护措施，并且介绍了在具体的技术条件下，通过电算法这种水锤计算来正确进行停泵水锤分析、判断停泵水锤危害，从而采取有效地防护措施来消除其危害。
关键词：停泵水锤防护措施特征线法随着城市化建设的进展，各类泵站也日益增多，而如何保证泵站及管路系统安全运行，免遭水锤破坏，越来越重要。
在压力管流中因流速剧烈变化引起动力转换，从而在管路中产生一系列急骤的压力交替变化的水力撞击现象，称为水锤现象。
水锤是流体的一种非恒定流动，及液体运动中所有空间点处的一切运动要素（流速、加速度、动水压强、切应力和密度等）不仅随空间位置而变，而且随时间而变。
1. 停泵水锤的危害在安装有离心泵的水泵站中，因突然事故断电或其他原因而突然（开阀）停泵时，则在压水管内首先产生压力下降；随后视流速大小及管路系统情况而产生程度不同的压力上升，即停泵水锤。
泵站中发生水锤事故的现象，较为普遍，其中以地形复杂、高差起伏较大的我国西北、西南地区，尤为突出。
根据以前各地区有记录的水锤事故调查可看出：泵站中多数水锤事故的结果是轻则水管破裂，止回阀的上顶盖或壳体被打坏大量漏水，造成暂时供水中断事故；重则酿成泵站被淹没，泵船沉没等严重事故。
个别的，还因泵站水锤事故，造成冲坏铁路路基、损坏设备、伤及操作人员造成人身伤亡等次生灾害。
在农田灌溉泵站中，常因扬程高、流量及功率较大，故其水锤危害及影响毫不亚于给水工程系统，人们还特别将泵站水锤的危害列为泵站三害（即水锤、泥砂、噪声）之一。
2. 停泵水锤防护措施泵系统中停泵水锤这一水力过渡是由降压开始的。
因此，目前已有多种防护措施来解决这类由降压波的发生与传播开始的水锤升压问题，其出发点多数是建立在对停泵水锤危害的早期防治上并大致可归纳为四种类型：2.1 注水（补水）或注空气（缓冲）稳压，从而控制住系统中的水锤压力振荡，防止了真空和断流空腔再弥合水锤过高的升压。
属于这种类型的有（双向）调压塔、单向调压塔或单向调压（水）池、空气罐以及注空气(缓冲)阀等。
水锤泵计算公式
水锤泵计算公式
水锤泵计算公式是根据水锤现象以及流体力学原理推导得出的。
水锤现象是指在流体中运动的突然停止或改变方向时，流体产生的压力冲击波导致系统内部产生振荡和压力变化的现象。
在水锤泵系统中，假设管道长度为L，对应的传递时间是t，水锤泵的流量Q，开关阀门的关闭时间为Tc，管道内径为d，管道内壁摩擦阻力系数为f，根据水锤泵系统的计算公式可以得出：
1.水锤泵系统的流速：
v = Q / (π * d^2 / 4)
2.水锤泵系统的传递时间：
t = L / v
3.水锤泵系统的惯性力：
F = (Q * v) / g
4.水锤泵系统的水锤压力：
P = F / (π * d / 2)^2
5.水锤泵系统的水锤冲击压力：
Pc = P * (1 + f)
6.水锤泵系统的关闭时间：
Tc = t + (2 * d * f) / v
这些公式可以帮助工程师和设计师计算水锤泵系统中各种参数的数值，以便合理设计和优化系统结构，避免水锤现象对系统造成的损坏和压力波动。
在实际应用中，可以根据具体情况适当拓展和修正这些公式，考虑更多因素的影响，如管道材料的弹性系数、阻流器的阻尼效果等。
对于水力系统中的水锤问题，还可以利用数值模拟方法，通过计算流体动力学软件模拟流体的运动和压力变化，进一步优化系统设计和运行参数，使得系统更加稳定和可靠。
泵站水锤计算书
2水泵压水管管长…………………………………………L 压= 《取水输水建筑物丛书：泵站》 （邱传忻 编）δ--管壁厚度，mm。
1）计算平均流速4 计算管道常数2ρ水锤波传播速度计算表2 设计基本资料水泵总扬程……………………………………………… H n =329.00m 管道设计管径………………………………………………D= 管道设计流速………………………………………………V=计算停泵水锤的简易算法（福泽清治） （2）参考资料：《水泵及水泵站》 （王福军 编）1 设计依据及参考资料250mm 0.85m/s （1）设计依据：《泵站设计规范》（GB/T 50265-97） 管道设计流量………………………………………………Q=150.000m³/h 管道设计长度………………………………………………L=9150.000m D--水管的公称直径，mm；6mm3 计算水波传播速度a计算公式：10.0m 管壁厚度………………………………………………… δ= 管道采用的管材为铸铁管则填1；钢管则填2。
水泵压水管流速…………………………………………v 压= 1.64m/s式中 a--水锤波的传播速度，m/s； k--水的弹性模量，k=2.06×109Pa；E--管材弹性模量，Pa。
铸铁管k=9.8×1010Pa；钢管k=20.6×1010Pa； 计算公式：水泵压水管管径…………………………………………D 压=180mm δD E k a ∙+=11435水泵效率………………………………………………… ηn =74.0% 式中： K--水泵的惯性系数，s -1； N n --水泵转速，r/min；P n --水泵轴功率：P n =ρgQ n H n /（1000ηn ），kW； M n --水泵转矩：M n =974P n /N n ，kgf·m； ηn --水泵效率；GD²--机组转动部分的飞轮惯量，N•m²。
阀门关闭规律对电厂循环水系统事故停泵水锤的影响
阀门关闭规律对电厂循环水系统事故停泵水锤的影响赵云驰，刘二敏河海大学水利水电工程学院，江苏南京（210098）摘 要：本文给出了火电厂循环冷却水系统水锤计算的基本原理和具体方法,对常用布置方式的相关设备给出了边界方程,并作了实例计算研究说明阀门关闭规律对停泵水锤的影响。
关键词：循环水系统，水锤，特征线法，关闭规律1. 前言火电厂循环冷却水系统主要有循环水泵、水泵出口阀门、凝汽器、虹吸井，排水工作井、冷却塔、进水管路、出水管路等部件组成。
在循环水系统正常启动、停泵或事故断电停泵时，如果水泵出口阀门不能及时关闭或关闭太慢，会产生很大的水锤。
循环水系统水锤分为启动水锤、关闭水锤和事故停泵水锤。
一般情况下，启动水锤不大，只有在空管情况下，当管中的空气不能及时排出而被压缩时才会加剧水流压力的变化。
关闭水锤在正常操作时不会引起过大的水锤压力。
而由于突然停电或误操作造成的事故停泵所产生的停泵水锤往往数值比较大，一般可以达到正常压力的1.5～4倍或更大，破坏性强，将直接导致机组停机,危及设备和人身安全[1]。
根据对部分已建电厂的调查资料显示,火电厂循环冷却水系统事故断电后的关阀控制和关阀方式存在很大的差别,甚至存在完全相反的操作方式[2]。
最近,有些电厂在调试中在管线的驼峰点（如凝汽器出口）发生了压力极高“水柱分离-弥合水锤”,导致管道的破裂，致使机组停机，对电厂造成很大的经济损失，这说明了对循环冷却水系统的水锤进行研究有其实用意义。
本文针对火电厂循环冷却水系统的一般布置方式,给出了常用边界控制方程,用实例进行了比较精确的计算研究，分析了不同关闭规律对水锤的影响，提出了优化阀门规律对减小水泵水锤的作用。
2. 事故停泵水锤计算方法及公式2.1水力计算方法水锤的计算方法，常用的有简易计算法和特征线法。
由于特征线法计算方便、易编程、精确度高等特点，所以系统的水力数值模拟计算运用现在国内外广泛采用特征线法。
将运动偏微分方程和连续偏微分方程变换为四个常微分方程，用差分形式来表达，借助计算机算出任一时刻各断面上的水锤压力，由于考虑了非线性摩阻的影响，这种方法对复杂管路的优越性比较突出，且精度较高。
水锤
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水锤发生的原因与分类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）。
浅谈大管径并联冷却循环水停泵水锤现象的消除解决
111中国设备工程Engineer ing hina C P l ant中国设备工程 2017.05 （上）随着经济的发展，生活水平的提高，单体建筑体量的不断增大，建筑空调冷负荷变得越来越大，随之而来，冷却循环水的管道也因此变得更粗，民用建筑中DN2000管径的冷却循环水管道也已能够看到，水锤现象又是比较容易出现的现象。
因此对水锤破坏进行更加详细的分析并提出有效的防治解决措施，避免管道水锤现象对管道进行破坏具有很大的实际意义。
1 水锤 1.1 水锤的定义管道中水的流速受到某种原因的影响突然发生了变化，因此引起压强急剧降低或者升高的交替变化现象，这种变化以一定的速度向上游或下游传播，并且在边界上发生反射作用，这种水力现象就称为水锤现象。
泵水锤是水锤现象中的一种, 是指水泵机组因突然断电或其他原因而造成的开阀状态下突然停车时, 在水泵及管路系统中, 因流速突然变化而引起的一系列急剧的压力交替升降的水力冲击现象。
停泵水锤值的大小与泵房中水泵和输水管路的具体情况有关。
1.2 水锤的危害（1）压力下降的危害:由于管路内压力的下降，当小于管道外压力的时候,管路被会被压坏，厉害得甚至可以导致管道引起破裂。
最严重的是当管路压力下降到负压时,则在该点就发生了水柱分离,当分离的水柱再弥合时,产生非常大的冲击力,能够使管道破裂。
（2）压力上升的危害：随着不断上升的压力，当超过水泵、阀门等设备和管路的自身耐压力的时候，就会对设备和管路进行损坏。
我们知道管道施工中，通常水压试验是在压力慢慢的逐步上升的情况下达到试验压力要求的，因而压力时间一般不超过45分钟。
而水锤的压力是瞬间急剧上升的，超出了水压试验的情况，对管道具有很大的冲击性。
（3）倒转的危害：水泵、电机一般情况下设计和选型时是没有考虑倒转的情况的，因此水锤引起的倒转会引起设备的损坏，厉害的将导致设备无法进行使用。
1.3 水锤的消除措施 针对水锤形成的机理分析，管道施工过程中经常用到的防护措施主要有：空气罐防护、进排气阀防护、单向调压塔防护、防爆膜、水锤消除器等几种。
泵系统不同出流方式下的水锤计算分析
泵 系统在 自由出流 方式与 淹没 出流方 式 的水 力过 渡过
程 进行计 算分 析 。
２ 泵站基 本资料
某泵 站安 装 ｌ ２台 离 心 泵 ，每 ３台水 泵 为 一 组 ， 构成 １ 泵系统 ，泵 站共 由 ４个泵 系统 组成 。每个 泵 个
系统 由 ３台水 泵采 取 “ 管 三机 ” 合 输 水 方 式 ，每 一 联 台泵 出水 支管上 安装 一只 液控蝶 阀 。
ｌ ｐ ｖ ｌｅ ｏ ｉ—ｎ ｅ ａｖ ｒ ｏ ｅ ｅ ｓ ｒ ｏ ｂ ｎｓａｌ ｄ ｉ ｕｍｐ ｓ ｓｅ ｆａ ａｖ ｒａ ｒｉｌ ｔｖ ｌｅａ ｅ ｎ ｔｎ ｃ ｓ ａｙ ｔ ｅ ｉ ｔｌｅ ｎ ｐ ｙ ｔ ｍ．Ｈｏ ｖ ｒ ｌｒ ｎ ｒ ｙｗｉ ｅ ｌｓ ｙ ｔ ｒ ｅｏ ｔｌｗ ｗｅ ｅ ，ｎｏ ｅｅ ｅ ｇ ｌ ｂ ｏ ｔｂ ｈｅｆｅ ｕｆｏ ｌ
写 自由出流下 出水管 出 口断 面节点 方程 。 泵系统 自由出流 时 出水 管 出 口断面 以上为 自由出
消防水锤计算及安装及标准
3．4 缓冲气压腔容积 volume of cushioning air pressure chamber 根据吸纳器结构的不同，分别定义为： a)活塞式吸纳器：活塞于进口端位置时，活塞与壳体所围成的密封腔容积；
载：
利用软件计算普通钢管在不同流量的水锤（MPa）
5L/S
10 L/S 15 L/S 20 L/S 25 L/S 30 L/S
40 L/S
DN100
0.74
1.47
——
DN125
——
——
——
2.10
2.62
——
——
DN150
——
——
——
——
——
2.20
2.93
注：因取值管道壁厚不同等原因，水锤计算值略有差异，影响不大
三、水锤的消除及水锤消除器的安装：
1.按照消规 5.5.11 停泵水锤消除装置应装设在消防水泵出水总管
上，以及消防给水系统管网其他适当的位置.
这条的意思，不用一台泵设一套水锤？其他适当位置是什么地方？
8.3.3 消防水泵出水管上的止回阀宜采用水锤消除止回阀，当消防水
泵供水高度超过 24m 时，应采用水锤消除器。当消防水泵出水管上设
功能：水锤吸纳器能有效的防止水锤、缓冲水击波的瞬间压力， 从而保护水泵、管路不被破坏，给用户带来安全和宁静。
产品结构简单，安装维修方便。 性能稳定、动作灵敏，能有效地、快速地消除运行管道中的噪 音和振动。 在水泵管路各种工况下，均可有效地消除不规则的水击波震 荡。 耐压能力强，能承受高压水锤波的冲击。 采用全不锈钢制作，抗腐蚀，使用寿命长。
建筑消防给水系统中停泵水锤的算法及防护措施
建筑消防给水系统中停泵水锤的算法及防护措施前言建筑消防给水系统作为一种供应消防水的系统，具有广泛的应用和重要意义。
在建筑消防给水系统中，停泵操作是一种常见的操作，但如果不注意，在停泵过程中会产生水锤现象，给系统带来严重的影响。
因此，本文将介绍建筑消防给水系统中停泵水锤的算法及防护措施。
建筑消防给水系统中的水锤现象水锤是指管道内的液体在运动中受到突然变化的力后产生的瞬间液压波。
当液体受到阻碍，如管道内蒸汽闸门、阀门等的突然关闭、阀门快速开启或关闭、水泵启动或停止时，将会产生瞬间的阻力，液体在瞬间变化的力下形成一种液压波，产生了水锤现象。
水锤现象对含气液体管道来说是一种严重的危险，其压力和震动不仅使管道和配件产生变形和管道接头产生破裂、还会对器具和工作人员产生潜在的危害，对建筑消防给水系统的工作产生极大的影响。
建筑消防给水系统中停泵水锤的产生原因建筑消防给水系统中的水泵作为推动消防水进入建筑内部的主要器材，其启停过程对于系统运行的影响非常大。
在建筑消防给水系统中实施停泵操作时，其主要目的是为了进行巡查、检修和更换机械故障等维修。
然而，停止水泵时也就是关闭水泵，在管道内产生压力瞬间变化的情况，此时就会产生水锤现象，导致系统受损，甚至影响的更大范围。
建筑消防给水系统中停泵水锤的算法由于建筑消防给水系统中停泵操作会引起水锤现象，因此，为了有效地缓解系统被水锤现象压力，一些算法被设计用来解决水锤问题。
以下将引入Dahl算法以及它的增强型来控制建筑消防给水系统中的水锤问题。
Dahl算法Dahl算法是对管道内液体实施流动控制和维持管道稳定的一种算法。
该算法仔细研究了水锤现象的机理，以此设计了一种算法，可以在管道中控制液体的流动，从而防止水锤的产生。
Dahl算法根据下列几个方面对管道液流状态进行监控：1.控制水流速度和流量。
2.调整管道内的压力。
3.调整管道内的废气压力。
4.检查管道内的流速。
5.检查管道内的流动状态。
Hammer软件在输水管道水锤分析中的应用
Hammer软件在市政管道中的应用田文军（Bentley 软件（北京）有限公司）摘要：本文介绍了水锤的基本概念，危害和工程中的预防。
根据建设工程中的问题提出预防水锤发生的措施，以提高供水系统的运行安全和可靠性，进而降低投资成本简化运行。
并通过Bentley Haestad HAMMER 展示电算法在水锤预防当中的应用。
关键词：Hammer 水锤供水系统长距离输水爆管建设成本运行管理水力计算计算机模拟1.水锤危害及其防控1）水锤的定义水锤是指在压力管道中由于液体流速的急剧变化，造成管中的液体压力显著、反复、迅速地变化，（例如水泵骤停、突然关闭阀门），由液体的压缩性和管道的弹性引起的输送系统中的压力波动，在压力急剧升高的位置产生破坏。
水锤的破坏力惊人，对管网的安全平稳运行是十分有害的，容易造成爆管事故。
防止水锤爆管事故的方法有：输水系统中加调压装置，改变管网布置和构成，以达到改变水锤冲击波频率和强度的目的。
2）水锤的危害水泵启动和停机、阀门启闭、工况改变以及事故紧急停机等动态过渡过程造成的输水管道内压力急剧变化和水锤作用等，常常导致泵房和机组产生振动。
由于水锤的产生，使得管道中压力急剧增大至超过正常压力的几倍甚至十几倍，其危害很大，会引起管道的破裂，影响生产和生活。
因此必须在长距离压力管段输送系统中安装安全装置。
水锤有正水锤和负水锤之分，它们的危害有：正水锤时，管道中的压力升高，可以超过管中正常压力的几十倍至几百倍，以致管壁产生很大的应力，而压力的反复变化将引起管道和设备的振动，管道的应力交变变化，将造成管道、管件和设备的损坏。
负水锤时，管道中的压力降低，应力交递变化，出会引起管道和设备振动。
同时负水锤时，管中产生不利的真空，造成水柱断流，和再次结合形成的弥合水锤，对管道破坏更为严重。
目前我国泵站相关设计规范（室外给水设计规范GB50013-2006;泵站设计规范GB/T 50265-97）中对水锤防护的计算已经做以相应的规定。
水锤分析计算和防护措施
浅析水锤分析计算和防护措施摘要：在水泵正常运行时，如果突然断电，在供水管道中将形成大于水泵正常工作压力数倍的水锤压力，造成水泵和供水管道破坏。
采用特征线法对取水泵站进行了水锤分析。
计算结果表明：水锤压力较大，影响水泵及管路的安全稳定运行。
本文主要对水锤产生的原因、危害及一些常见的防护措施进行了介绍。
关键词：水锤；水柱脱流；水锤防护一、水锤现象水锤现象在压力管路中，由于流体的流速剧烈变化而引起一系列急骤地压力交替升降的水力撞击现象，称为水锤（水击）现象，也称水力瞬变。
目前，国内外普遍将压力输水管路中所发生的各种水锤现象，通称为输水管路的水力过渡过程。
管路中发生水锤现象时，随着压力的交替升降，液体分子质点将相应地呈现密疏状态交替变化，这种变化以纵波形式沿管路往复传播，因此水锤现象是一种波动。
在有压管路中，由于流速的剧烈变化和水流的惯性而引起一系列急骤的压力变化和密度变化。
它们的综合作用结果，在物理现象上表现为快速传播的水锤波动。
水锤波动全过程包括压力波的产生、传播、反射、干涉以及消失的整个物理过程。
水锤的传播只限于连续的水流中，当管路中出现水柱分离时，水锤波的传播受到影响，将会引起更加复杂的物理过程。
引起水锤的主要原因有：1）启泵、停泵、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，水流速度发生急剧变化的情况下。
2）事故停泵，即运行中的水泵动力突然中断时，较多是由于配电系统故障、误操作、雷击等情况下的突然停泵。
图1-1 供水系统水锤过程线图二、水锤的危害长距离高扬程输水工程中，水锤事故的发生是较为普遍的现象，尤其是管线高差起伏较大、地形复杂的工程。
事故产生的实例也是多种多样的，例如，水电站内因关闭水轮机导叶时操作失误，而造成压力管内水压上升；泵站系统中，因断电或其他原因而使水泵突然停泵，压水管内的压力在下降之后又产生不同程度的压力上升，导致停泵水锤。
水锤事故都会造成不同程度的灾害，轻则造成水管破裂（即爆管），致使供水中断，影响正常的生产生活；重则造成淹毁泵站、泵船沉没等严重后果。
消防水泵房设计和布置要点
消防水泵房设计和布置要点消防安全中，消防水泵房的设计是其紧要构成部分之一。
作为消防从业人员，要依据消防设计合理安装布置消防泵，保证消防系统的稳定性。
下面，列举16个消防水泵房设计和布置要点。
要点一消防水泵房应设置起重设施，并应符合下列规定：①消防水泵的重量小于0.5t时，宜设置固定吊钩或移动吊架；②消防水泵的重量为0.5t～3t时，宜设置手动起重设备；③消防水泵的重量大于3t时，应设置电动起重设备。
要点二消防水泵机组的布置应符合下列规定：①相邻两个机组及机组至墙壁间的净距：当电机容量小于22kW时，不宜小于0.60m；当电动机容量不小于22kW，且不大于55kW时，不宜小于0.8m；当电动机容量大于55kW且小于255kW时，不宜小于1.2m；当电动机容量大于255kW时，不宜小于1.5m。
②当消防水泵就地检修时，应至少在每个机组一侧设消防水泵机组宽度加0.5m的通道，并应保证消防水泵轴和电动机转子在检修时能拆卸。
③消防水泵房的重要通道宽度不应小于1.2m。
要点三当采纳柴油机消防水泵时，机组间的净距宜按第二条规定值加添0.2m，但不应小于1.2m。
要点四当消防水泵房内设有集中检修场地时，其面积应依据水泵或电动机外形尺寸确定，并应在四周留有宽度不小于0.7m的通道。
地下式泵房宜利用空间设集中检修场地。
对于装有深井水泵的湿式竖井泵房，还应设堆放泵管的场地。
要点五消防水泵房内的架空水管道，不应拦阻通道和跨越电气设备；当必需跨越时，应实行保证通道畅通和保护电气设备的措施。
要点六独立的消防水泵房地面层的地坪至屋盖或天花板等的突出构件底部间的净高，除应按通风采光等条件确定外，且应符合下列规定：①当采纳固定吊钩或移动吊架时，其值不应小于3.0m；②当采纳单轨起重机时，应保持吊起物底部与吊运所越过物体顶部之间有0.50m以上的净距；③当采纳桁架式起重机时，除应符合本条第2款的规定外，还应另外加添起重机安装和检修空间的高度。
停泵水锤的计算原理
停泵水锤的计算原理停泵水锤的计算原理水泵是用于将水或其他液体从低处输送到高处，或从远处输送到近处的机械设备。
水泵系统由许多不同的部件组成，其中一个重要的部分就是阀门。
阀门的作用是控制水流的流量和方向。
在某些情况下，当阀门突然关闭时，会产生一种称为“水锤”的现象。
水锤是由于突然停止水流而导致的一种瞬间峰值压力。
当水的流动速度被迅速减缓时，水流中的动能会被转化为静能，导致水压突然增加，形成了水锤效应。
这种过度压力可以使管道破裂，阀门关闭，压力表爆炸等，因此需要采取措施来减少或消除水锤。
为了避免水锤，我们需要计算水锤的产生和消除所需的时间，并采取相应的措施。
通过计算，我们可以确定水锤的大小和持续时间，进而采取防止水锤的措施。
水锤计算原理：1. 计算水锤压力：水锤压力的计算是防止水锤的主要措施。
水锤的压力取决于如下因素：- 关闭阀门的速度- 管道长度和直径- 管道内水的流速- 阀门的尺寸和类型- 水的密度和粘度2. 计算水锤时间水锤的时间取决于以下因素：- 关闭阀门的速度- 管道长度和直径- 管道内水的流速- 阀门的尺寸和类型3. 计算水锤产生的力水锤产生的力可以用以下公式计算：F = ΔP × A其中，F是水锤产生的力；ΔP是水锤产生的压力；A是阀门的内径。
4. 采取措施为了避免水锤，可以采取以下措施：- 安装减压阀：通过降低压力来减少水锤效应。
- 安装吸声器：吸收水锤的能量，减少其压力。
- 增加开关阀门速度：减少水锤的产生时间。
- 使用防水锤措施：使用相应的水平面处理装置防止水流势能产生水锤效应。
- 更换阀门类型：更换可控制水流速度的阀门来降低水锤效应。
总结：水锤是由于阀门关闭后产生的瞬间压力峰值，当水流中的动能被迅速转化为静能时产生。
为了减少或消除水锤，需要计算水锤的大小和持续时间，并采取相应的措施。
采取措施的方法包括安装减压阀，安装吸声器，增加开关阀门速度，使用防水锤措施和更换阀门类型等。
停泵水锤压力计算表2015
1017.7
水锤最大压力Δp (MPa)
1.4
管道的实验压力值(MPa)
1.6
备注：Δp是否大于实验压力 不需要消除装置
管材弹性模量对照表
管材
钢管 铸铁管 钢丝网骨架塑料（PE）复合管
管道的材料弹性模量 E（Pa）
2.06E+11 1.7E+11
分管) (6分管) (8分管)
4.5
23.8
6
31.53
6
47.04
8
62.32
8
78.6
10
97.76
9
110.75
10
122.81
9
133.39
10
147.97
9
155.81
10
172.88
9
178.45
10
198.03
9
200.87
10
222.94
9
223.51
10
248.09
钢 管(不保温) 水重、自重，10%附加（Kg/m）
公称口径（mm）
6 8 10 15 20 25 32 40 50 65 80 100 125 150 200 300 400
公称外径
10.2 13.5 17.2 21.3 26.9 33.7 42.4 48.3 60.3 76.1 88.9 114.3 139.7 168.3 219.1 323.9 426
钢管公称外径、公称壁
500 600 700 800 900
1000
530 630 720 820 920
1020
钢管公称外径、公称壁厚及理论质量
普通钢管
加厚钢管
公称壁厚（mm） 理论质量（Kg/m） 公称壁厚（mm） 理论质量（Kg/m）
单水源城市给水管网停泵水锤模型计算研究
随着城市化进程的加速发展，人们的生活和工作对于水资源的需求越来越大。
而在城市中，水资源的供应离不开给水管网。
由于给水管网在运行过程中受到各种因素的影响，会产生一些不定期和突然的液压冲击，也就是所谓的“水锤”。
水锤会对管道和设备造成严重的损害，甚至引起事故，因此如何减少水锤的发生，保护管道和水厂设备，成为当前给水工程领域的一个热点问题。
本文以单水源城市的给水管网为研究对象，探究停泵对于水锤的影响，建立水锤模型，并进行计算分析的研究。
一、给水管网介绍单水源城市的给水管网是指只有一条水源来满足居民用水的城市。
给水管网的主要组成部分包括水源水厂、输水管道、配水管道和用户的水龙头等组成部分，其中输水管道是给水管网中输送大量水资源的主要承载体，而配水管道则起到从输水管道引流分配到用户的作用。
二、水压冲击及水锤产生机制在给水管网中，水流是一个复杂动态系统，其中存在压力波、液位波和流量波等一系列波动。
当水流发生变化时，会给管道和设备带来一定的压力和冲击力，当这些冲击力超出了管道和设备承受范围时，就会造成水压冲击，也就是所谓的“水锤”。
水锤的产生机制非常复杂，通常有以下几种情况：1、管道停泵或切换当管道停泵或切换时，由于水流的惯性，导致管道内的水流速度和压力的快速变化，从而产生一定的压力冲击和液压波。
2、管道突然关闭当管道突然关闭时，由于水流速度突然变成零，水体能量会瞬间转化为压力能和弹性能，这种能量释放会形成一定的液压冲击力和压力波。
3、管道空气隔离不完全当给水管道中存在空气，管道中的水流运动就会受到空气影响，易产生压力波和液压冲击。
同时，在管道系统中，坡度的变化会影响水的流速，这也是造成液压冲击的原因之一。
三、水锤模型建立及计算方法为了研究管网停泵水锤现象，我们建立了一个水锤模型：假设给水管道的长度为L，管径为D，管壁粗糙度为ε,流量为Q，管道的自由表面为y(x)，水厂水源高度为H，地面高度为h0。
在给水管道上游突然关闸停泵时，产生一定的压力波向下游传播，会产生液压冲击。
某城镇供水工程停泵水锤的计算与防护
的变量 有 １ ０个 ， 管 路 断 面 和 泵 进 出 口断 面 上 的 即 Ｑ 一、 １ Ｈ １Ｑ Ｈ 、 十 、 ＋ ６个 变量 和 水 泵 的 、 、 Ｑ １Ｈ ｌ 扬 程 Ｈ 流量 、 、 转速 和转 矩 ４个 变 量 ， 因此
（ ４ １）
２ ２ ４ 水 头和 压 力间的 关 系式 ． ．
和流 量 Ｑ 。
（）特性 方 程 ： 水泵 进水 侧 断面 ｉ １可 写 正 １ 对 ～
特征 方程
Ｈ １一 Ｃ１ １＋ Ｃ １ 一 ２ Ｑ １ （） ２
Ｆ—ｅ ＋； ｅｃ （） ｚ ｃ ［＋４ｔ 嚣］ （ ）。 ａａ ＋ ； ｒｎ
Ｃ ＋ａ一 一 ０ Ｃ （ Ｏ １）
便 于进行 数值 计算 的有 限差分 方程 式求其 数值解 ［ 。
２ １ 水 泵为 边界 条件水 力 过渡过 程计算 特征 线法 ． 设 １ ｉ ｉ １为管 道 上 三个 相 邻 的 断面 ， 一 、和 ＋ 断 面 问 的距 离 为 。如 果在 ￡ 时刻 ｉ １ 一 和 ＋ １ 的 处 水头 和 流量 已知 ， 据下 列 正 、 根 负水 锤 特 征 方程 联 立
设 ｉ ＋１ 阀 前后 管道 上 的两 个 断 面 ， 、 和ｉ 是 进 排
Ｈ 一 Ｈ １ ＋ 一 Ｑｐｌ Ｑｐｊ 的阻力 系数 。
ｆ１ 一 ｆ ｉ ＋１
（） ５
气 需要 确定 的参数 值共 ９ ， ： 个 即 断面 ｉ ｉ 和 ＋１处 的
水 头 Ｈ Ｈ 阀节 点 处 的水 头 Ｈ 和 绝 对 压 力 和 ＋；
收 稿 日期 ：０ １１ ６ 修 改 日期 ：０ １１—９ ２ １ —２１ ； ２ １ ２２
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停泵水锤计算及其防护措施停泵水锤是水锤现象中的一种，是指水泵机组因突然断电或其他原因而造成的开阀状态下突然停车时，在水泵及管路系统中，因流速突然变化而引起的一系列急剧的压力交替升降的水力冲击现象。
一般情况下停泵水锤最为严重，其对泵房和管路的安全有极大的威胁，国有几座水泵房曾发生停泵水锤而导致泵房淹没或管路破裂的重大事故。
停泵水锤值的大小与泵房中水泵和输水管路的具体情况有关。
在泵房和输水管路设计时应考虑可能发生的水锤情况，并采取相应的防措施避免水锤的发生，或将水锤的影响控制在允许围。
我院在综合国外关于水锤的最新科研成果并结合多年工程实践的经验，以特征线法为基础开发了水锤计算程序。
这一程序可较好地模拟各种工况条件下水泵及输水管路系统的水锤状况，为高扬程长距离输水工程提供设计依据。
1 停泵水锤的计算原理停泵水锤的计算有多种方法:图解法、数解法和电算法。
其基本原理是按照弹性水柱理论，建立水锤过程的运动方程和连续方程，这两个方程是双曲线族偏微分方程。
运动方程式为：连续方程式为：式中H ——管中某点的水头V——管流速a——水锤波传播速度x——管路中某点坐标g——重力加速度t——时间f——管路摩阻系数D——管径通过简化求解得到水锤分析计算的最重要的基础方程：H-H0＝F(t-x/a)+F(t+x/a) (3)V-V0＝g/a×F(t-x/a)-g/a×F(t+x/a) (4)式中F(t-x/a)——直接波F(t+x/a)——反射波在波动学中，直接波和反射波的传播在坐标轴(H，V)中的表现形式为射线，即特征线。
它表示管路中某两点处在水锤过程中各自相应时刻的水头H与流速V之间的相互关系。
为了方便计算机的计算，将上述方程组变换为水头平衡方程和转速改变方程，即成事故停泵时水泵的两个边界条件方程式：F1＝PM-BQv+H n(β2+v2)(A0+A1x)-ΔH0v2/(τ2)＝0 (5)F2＝(β2+v2)(B0+B1x)+m0-C3(β0-β)＝0 (6)式中β——N/N n(实际转速/额定转速)v——Q/Q n(实际流量/额定流量)通过上述两式的联立，采用牛顿—莱福生迭代公式，可以解出v和β的近似数值。
将水泵的全面性能曲线改造为仅与转速和流速有关的全面性能曲线，以便计算机在解方程时取值，即：WH(x)＝h/(β2+v2) (7)WM(x)＝m/(β2+v2) (8)式中h——H/H n(实际扬程/额定扬程)m——M/M n(实际转矩/额定转矩)现行的水锤计算方法就是基于上述原理。
2 几种边界条件下水锤工况的模拟结果根据我国南方某城市取水泵房的水泵及输水管线的实际情况，采用计算机程序模拟水锤情况如下（均按最低枯水位计算）：基本情况：水泵机组：Q n=5 000 m3/h,H n=55 m,N n=741 r/min,N s=132.4,GD2=874.7 kg．m2，M n=932.72 kg．m，近期单台运行，远期两台运行。
输水管线：DN=1 400 mm,L=5 750 m，几何扬程：35 m（近期），45 m(远期)。
泵房和输水管线如图1所示：2.1 假设为有阀管路停泵水锤①普通止回阀普通止回阀管路停泵水锤计算结果如表1所示。
表1 普通止回阀管路停泵水锤计算结果运行条件泵出口处最大压力值(kPa)当加大水泵机组转动惯量适当的倍数时，泵出口处最大压力值(kPa)两台水泵并联运行1 536(156.7 m)830(84.68 m)一台水892 617(63.0 m)表1中所列数据为假设水泵出口处的流速为零时阀门即刻关闭所产生的水锤压力值。
实际工况中，阀门关闭总要一段时间，因此实际水锤值将与表中所列数据有出入。
根据计算机模拟结果，如果在此条件下适当增加水泵机组的转动惯量可以将水锤压力值明显降低。
②缓闭止回阀缓闭止回阀管路停泵水锤计算结果如表2所示。
经过计算机模拟，当关阀时间和快慢组合与最佳模拟条件不同时，泵前最大压力值都将有所增加。
因此一个装有两阶段关闭阀门的输水系统，其阀门的操作过程应经过计算确定，并应在试运行中调整。
此种设备定货时应向制造厂提出具体的技术要求（快、慢关闭时间及可调性）。
③管路发生断流停泵水锤（即弥合水锤）此泵房出水管在穿越大堤处（距泵出口40 m）形成了驼峰，经计算，此处将发生弥合水锤。
实际观测与计算机模拟的结果相近，计算机模拟结果如表3所示。
从表3得知，当管路中发生断流的停泵水锤（即弥合水锤）时，水锤值很大，达到几何扬程的4倍以上，必须引起高度重视。
2.2 结论性意见停泵水锤的大小主要与泵房的几何扬程有关, 当几何扬程≥30 m，其各种工况下的最大水锤压力值(H max)与几何扬程(H o)的比值，水泵最大逆转转速βmax与额定转速βn的比值分别列入表4。
为了避免停泵水锤的危害，可在如下方面采取措施：①对于无逆止阀的管路系统这种停泵水锤的情况并不严重，最大的水锤值为几何扬程的1.40倍左右，须注意的是水泵机组倒转和水大量倒流造成的损失和危害。
一般情况下，无逆止阀管路主要应避免水泵机组的长时间过度倒转，以防水泵轴套松脱和机组共振。
通过计算程序模拟有如下规律：输水距离在1.2～5.0 km围，管线愈长，停泵水锤值愈大，水泵机组倒转愈严重。
管线长度超过5.0 km，长度继续增加对水锤值影响较小。
几何扬程增高，最大水锤值和水泵机组倒转值均有增加，当几何扬程＞50 m时，水泵机组倒转值将持续超过额定正转速(βmax/βn≤-1.0)，超过规的允许围。
在这种情况下应与水泵制造厂联系采取相应的技术措施以确保水泵在倒转运行工况下安全。
对于无逆止阀管路选用转矩(Mn)较小、转动惯量(GD2)较大的水泵机组将有利于改善停泵水锤发生时的水泵和管路工况，推迟水泵的倒转，降低倒转值。
②对于装有普通止回阀的管路系统这种停泵水锤的情况较为严重，最大的水锤值为几何扬程的1.90倍左右。
输水距离在1.2～5.0 km围时,管线愈长, 停泵水锤值愈大。
管线长度超过5.0 km，长度继续增加对上述参数影响较小。
几何扬程增高，停泵水锤值也愈大。
对于取水泵房，若条件许可（输水管路较短，水泵允许短时间倒转），可取消普通逆止阀。
如果采用了普通逆止阀，则水泵机组、管路配件和管路系统的耐压等级和稳定性均应考虑最大水锤压力值。
③对于装有缓闭逆止阀的管路系统缓闭逆止阀对于降低停泵水锤有明显效果。
缓闭逆止阀的使用应结合具体情况，快慢两个阶段的关阀历时应根据泵房水泵性能和输水管路的边界条件进行计算机模拟，得出最佳的理论时间组合，并在试验运行中调整，以期获得最佳关阀历时和快慢两个阶段的关阀历时的分配。
如果关阀时间长于或短于最佳关阀历时或快慢两个阶段的关阀历时采用不当，均会导致产生很大的水锤压力值。
计算机模拟结果表明：调整理想的缓闭逆止阀管路的停泵水锤值可控制为几何扬程的1.45倍左右，而非理想状况下的缓闭逆止阀管路的最大停泵水锤值可达几何扬程的2.5～2.8倍。
此外，快慢两个阶段的关阀历时的选用也是很有讲究的，一般要求停泵后5 s应关闭阀门的80%以上。
若整个关阀历程是匀速的也会导致产生较大的水锤压力，模拟结果如表5。
④普通逆止阀管路中有弥合水锤发生在输水管路布线时应尽量避免纵坡的突然变化,特别要防止出现“驼峰或膝部”，否则可能导致发生弥合水锤，而弥合水锤的最大压力值为几何扬程的3～5 倍，其对泵房和输水管路系统将产生极大的危害。
一般情况下，驼峰出现处的高程为几何扬程的30%～80%时最为不利（水锤值最大）。
根据模拟运算，当几何扬程在25 m以上且管路中一定的高程位置存在“驼峰或膝部”，其最大弥合水锤值将超过980 kPa(100 m水柱)。
对于弥合水锤不可避免的情况（已经建成的输水系统中存在驼峰），则应采取工程技术措施进行水锤防护。
3 停泵水锤防护措施由于停泵水锤可能导致泵站和输水系统发生严重事故（如泵房设备或管道破裂导致泵房淹没，输水管破裂导致沿途房屋渍水），因此有必要根据具体情况采取相应的措施来消除停泵水锤或消减水锤压力。
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。
②输水管线布置时应考虑尽量避免出现驼峰或坡度剧变。
③通过模拟计算，选用转动惯量GD2较大的水泵机组或加装有足够惯性的飞轮，可在一定程度上降低水锤值。
④设置水锤消除装置a. 双向调压塔：在泵站附近或管道的适当位置修建，双向调压塔的水面高度应高于输水管道终点接收水池的水面高度并考虑沿管道的水头损失。
调压塔将随着管路中的压力变化向管道补水或泄掉管路中的过高压力，从而有效地避免或降低水锤压力。
这种方式工作安全可靠，但其应用受到泵站压力和周边地形的限制。
b. 单向调压塔：在泵站附近或管道的适当位置修建，单向调压塔的高度低于该处的管道压力。
当管道压力低于塔水位时，调压塔向管道补水，防止水柱拉断，避免弥合水锤。
但其对停泵水锤以外的水锤如关阀水锤的降压作用有限。
此外单向调压塔采用的单向阀的性能要绝对可靠，一旦该阀门失灵，可能导致发生较大的水锤。
c. 气压罐：国使用经验不多，在国外（英国）使用较广泛。
它利用气体体积与压力的特定定律工作。
随着管路中的压力变化气压罐向管道补水或吸收管路中的过高压力，其作用与双向调压塔类似。
d. 水锤消除器：80 年代以前曾经广为采用。
它安装于止回阀附近，管道中的水锤压力通过开启的水锤消除器泄掉。
某些水锤消除器无自动复位功能，容易因误操作导致发生水锤。
e. 缓闭止回阀：有重锤式和蓄能式两种。
这种阀门可以根据需要在一定围对阀门关闭时间进行调整。
一般在停电后3～7 s阀门关闭70%～8 0%，剩余20%～30%的关闭时间则根据水泵和管路的情况调节，一般在10～30 s围。
可以利用计算机模拟最佳时间，并现场调试确定。
值得注意的是，当管路中存在驼峰而发生弥合水锤时，缓闭止回阀的作用就十分有限。