水锤现象的解决方案

水锤现象的解决方案

1.概述

当采用异步电机供水时，异步电机在全压起动时，从静止状态加速到额定转速所需时间极短。这就意味着在极短的时间里，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。

水力发电厂的水轮机在进水叶动作时也会发生这种现象。进水叶因关闭过快而引起压水管爆裂的事故。

2. 水锤效应现象

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。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，这就是水利学当中的“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。

另一种关于水锤效应的说法:异步电动机在全压启动时,从静止状态加速到额定转速,水的流量从零猛增到额定流量.由于流体具有动量和一定程度的可压缩性,因此,在极短时间内流量的巨大变化将引起对管道的压强过高或过低的冲击,并产生空化现象.压力冲击将使管壁受力而产生噪音,就像锤子敲击管子一样,称为水锤效应。

3. 水锤解决方法

采用恒压供水,可以通过对时间的预置来延长启动和停车过程,使动态转矩大为减小,从而从根本上消除水锤效应.

实际上，水锤出现在起泵和停泵两种情况下。停泵时，如果是扬程很高，泵通过关断电源自然停止，水会逆向砸下来，形成水锤。解决的办法是采用变频器或软起动器，用变频器最好，要多舒缓都可以，但是如果不需要调速，成本就高了，用软起动器就可以了，大多数软起动器具有软起和软停双重功能。

水锤产生的另一个原因是水管中有空气，空气柱在突然降压时会膨胀，推动水柱运动，这样气推水，水推气，形成水锤，形成大的破坏力。特别是第一次试水，必须排气，排气完了再停水。

可安装水锤吸纳器及防水锤型排气阀。

4.计算水锤习题

1.某水电站水头H0=100m，压力管道（简单管）长L=500m, Vmax＝4m/s，水锤波速a＝1000m/s，Ts＝4s，阀门关闭规律为：τ0=1.0, τ1=0.8, τ2=0.6, τ3=0.3, τ4=0, 管道末端安装冲击式水轮机。试求管道末端水锤压力变化过程。

2.某露天简单管路，长L=500m，静水头为102m，管内最大流速为4m/s，水锤波速为

a=1000m/s，调节时间TS=4s。管道末端装置冲击式水轮机，按线性开度规律丢弃满载负荷。

试求：（1）管道末端A点的绝对水锤压力值；

（2）管道中间断面C处，在关闭开始后第0.75s时刻绝对水锤压力值。

3.某水电站压力管道长L=500m, H0=250m，Vmax＝4m/s，水锤波速a＝1000m/s，Ts＝

4s，管末安装冲击式水轮机，按线性开度规律丢弃满载负荷。试求管道末阀端和管中点处

的绝对水锤压力值。

4.某水电站H0＝120m，管长L＝500m，Vmax＝4m/s，水锤波速a＝1000m/s，管末安装

冲击式水轮机，阀门关闭呈直线规律，Ts＝4s。试求机组丢弃满负荷时管道中间断面处的

最大水锤压力值。

5.某水电站压力钢管由两段组成，上段长L1为200m，流速为4m/s，水锤波速为950m/s；下段长L2为200m，流速为5m/s，水锤波速为1050m/s。静水头H0为120m，Ts= 2.4s，

管末安装冲击式水轮机，阀门开度按线性规律变化。试求管末A处（阀端）的相对水锤压力。

6.某水电站引水隧洞长L＝600m，断面积f=50m2 ，最大流速Vmax＝4m/s，相应于最小

糙率时的水头损失hw0=1.6m；高压管道相应于最大糙率时的水头损失hwm0=0.5m。最

小静水头H0=95.5m。简单圆筒式调压室断面面积F=200m2 。试用托马稳定条件校核调

压室断面积。