船舶管路中水锤现象的成因及消除措施

船舶管路中水锤现象的成因及消除措施

摘要：通过对船舶管路中水锤现象的成因分析，提出相应消除措施，避免造成危害。

关键词：水锤现象；船舶管路；措施

1.水锤现象的概念及其危害

日常生活中，在我们迅速关闭水龙头时，经常听到“嘭”一声短暂的闷响；或者在打开水龙头时，水流时缓时急，并伴有强烈的振动和巨大的“突、突”声。这就是典型的“水锤现象”。

水锤是管路中压力升高和降低的交替变化的反应，所以水锤有正水锤和负水锤之分。正水锤时，管道中的压力升高，可以超过管路中正常压力的几十倍至几百倍，可能导致管道系统的强烈振动、噪音、甚至使管道严重变形、爆裂及损坏水力设备。负水锤时，管道中的压力降低，也会引起管道的振动。特别是压力降得过低，可能使管路中产生不利的真空，在外界压力的作用下，会将管道挤扁，还会损坏阀门和固定件。

2.船舶管路水锤现象的主要原因分析

陆用管路系统中，其水锤现象产生的主要原因是开关水泵。特别是在水泵扬程较高，输水管路较长，且流量不大的管路系统中，此种现象尤为突出。同样，船舶管路系统中也存在水锤现象，但其产生的原因与陆用管路是不同的。船舶管路的复杂性要远远大于陆用管路系统。

2.1.供水方式决定了管路中的气阻难以消除

船上供水设备因受到空间的限制，一般采用压力式供水。它是由压力水柜内保持一定的水压向各用水处供水。压力水柜上设有高、低压压力继电器，能自动起、停淡水泵。压力水柜及供水原理见图1和图2。当供水时，压力水柜上部的压缩空气常被水夹裹、混杂进入管路系统。由于管路中凹凸点较多，混杂其中的空气一时难以被排除，于是就形成了气阻。

压力波在水中以横波的方式传递，而在空气却以纵波的方式传递，因此形成了压力波在气液界面上传递的不连续性，从而导致了水锤现象的产生。又因其不连续，所以振动和噪声发生的位置也不确定。此种现象多发生于开水龙头初期，随着空气被水带出后，振动和噪声也随之消失。

2.2.管路的弯曲变化较多

与陆上供水系统相比，船上供水系统更为复杂。首先，需供水器具较多，布置又比较分散，所以配管路径很长。其次，船上其他管路也很复杂，一般配管时，供水管路优先级较低，即与其他管路发生干涉时，都需要给其他管路让路。再次，船上供水系统大多采用塑料管，为防止热胀冷缩带来的不利影响，有时，还要人为的设置一些膨胀弯。因此，供水系统中弯曲较多，这就造成了管路中的局部流阻增大，弯头内侧壁局部真空，形成水汽泡，也就是所谓的气蚀。

水汽泡混合在水中不断形成、破碎，产生高压冲击波，破坏了压力波在水中传递的连续性，最终导致了水锤现象的产生。此种水锤

多发生在弯头之后，位置较固定，且随着流速的加大，现象越明显。

2.3.水泵、阀门、水龙头的频繁开闭

船上一般采用压力水柜供水，当压力水柜内的压力低于设定值时，水泵启动；当压力达到设定值时，水泵停止。因船员人数较多，用水高峰时，水泵启动频繁；此外，厨房设备、洗衣机等自动化程度的提高，电磁阀和单向阀的大量使用；国际劳工组织新规要求，船员房间内必须设置独立的洗浴设施，水龙头数量增多。所有这些因素都导致了管路内水流速度急速变化，从而引起水压循环反复变化，产生水锤现象。

水锤现象的成因很复杂，以上仅仅分析了比较常见的三种主要原因。此外，还有诸如设备的故障；突然停电；热水系统中蒸汽的混入，导致水温急剧变化等等；还有时候是多种原因的综合。

3.水锤现象的预防与消除措施

3.1.合理选择管道直径和设备型号

水锤归根结底是由于管内流速的急剧变化引起的，所以水锤力量的大小只和水本身的惯性有关。为防止水锤的破坏性，所以要正确设计管道系统，防止流速过高，一般设计管内流速应控制在3m/s，并需控制阀门的开、闭速度。

选择带有电磁阀和单向阀等厨房、洗衣设备时，注意阀门的延时控制，避免设备的频繁起、停或突然断电时的水流冲击。

3.2.合理布置管路，减少弯曲

合理布置管路，减少不必要的弯曲，特别是小曲率弯头的使用，

能用弯管的就不要用弯头，改直角弯为钝角弯。管路变径时，异径接头的倍率尽量大；变径跨度较大时，尽可能分段变径。沿水流方向上，管径只能有一个变化趋势，切忌管径忽大忽小。为避免用水高峰时“相互抢水”的现象，可适当放大支管的管径；同时引出支管时，可用y型连接代替t型连接。另外，在管路的局部高点处设置放气旋塞也是很好的选择。

3.3.合理安装水锤消除器

水锤消除器能在无需阻止水流流动的情况下，有效地消除水流在管路中可能产生的冲击波。水锤消除器的内部有一密闭的容气腔，下端有一活塞，当冲击波传入到水锤消除器时，冲击波作用在活塞上，活塞就往容气腔方向运动。活塞运动的行程与容气腔内气体压力、冲击波大小有关，活塞在一定压力的气体和不规则冲击波双重作用下，做上下运动，形成一个动态的平衡，这样就有效地消除了不规则的冲击波震荡。下图是某系统使用水锤消除器的前后效果图。

随着船上生活区内单柄水龙头等用水设备的大量使用，水锤现象的产生越来越频繁。因此需要在管路系统中加上相应的设备以避免水锤的产生。但有时往往考虑到船舶制造工艺及成本控制等原因，需要结合水锤的破坏程度及人的可接受程度综合考虑是否安装水锤消除器。

一般在供水支管路上只有一个用水器具时，此时可以在可能发生水锤的器具的上流侧安装水锤消除器，且尽量安装在靠近用水器具

的位置上，以便于水锤冲击波无阻碍地通向消除器。如果在有两个以上器具但数量又不是很多的情况下，可以在最末端的器具和它的前一个器具之间合适的位置安装一个水锤消除器。

以上仅仅针对船舶供水管路的水锤现象作了深入的分析、研究，在其它类型的系统中同样存在水锤现象。但究其本质都是水流速度的急剧变化引起的，所以这些措施对其他系统同样有着参考价值。.