消防泵,消防水泵为什么会形成水锤，怎么解决水锤问题

2020/01/13

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水锤的产生

在有压管道中流动的液体，由于某种原因流速发生突然变化，由于液体的惯性，引

起压力急剧增高或降低的交替变化，即几力波。这种现象称为水锤。

(1)压力波传播速度

出水管内传播的压力波的速度可由下式计算

水泵 水锤

式中a—一压力波传播速度，m/s;

Y——液体的密度，kg/m3;

K—液体体积弹性模量，水在常温下为2. 03 X 109Pa;

E一管材的纵向弹性模量Pa;

D一出水管的内径，m;

t-一出水管管壁厚度，m;

C——出水管固定方式的系数，轴向自由的管C=1

若将常温水的K和Y代人上式，可得在水常温下的简化公式

水泵 水锤 

几种管材的E值如下。

铸铁管108.9X 109 Pa;钢管206 X 109 Pa;预应力混凝土管39.2X 109 Pa;离心力钢筋混凝土管19. 6X 109 Pa;聚氯乙烯管2. 9 X 109 Pa;石棉管25. 5 X 109 Pa;强化塑胶管11.3X 109~22.6 X 109 Pa

(2)水锤的发生过程

1)压缩阶段:阀门关闭，靠近阀门的液体流速突然变为0. 压力p增加到p+△p.压力增高以水锤波的形式从阀门向管道进口侧传播，设水锤波传播速度为a，传到进口的时间为:水泵 水锤，如图6-46(a)所示。

2)恢复阶段:增压△p的液体向箱内倒流，使压力恢复到p，液体的压缩被解除.这种减压恢复也以水锤波的形式，从管道进口传播到阀门处.时间为:水泵 水锤 如图6-46（b）所示  

3)膨胀阶段:管道进口处的液体，压力增高虽然被解除，由于惯性仍然向水箱倒流首先在靠近阀门处形成一个减压△P水锤波，向管道进口方向传播，最后整个管道

内液体的压力变为p——△p，液体压力降低，处于膨胀状态，时间为: 如图6-46 （c)所示。

4)恢复阶段:   

恢复阶段:靠近管道进口的液体，在两侧压差的作用下，向阀门侧流动，压力也恢复到正常压力P，时间为： 水泵 水锤
 

时间为  水泵 水锤如图6——46 (d）所示。

（3)直接水锤和间接水锤及其正力增高 

1)直接水锤:阀门关闭时，水锤波从阀门处向水箱方向传播，再以常压恢复波的形式返回到阀门之前，阀门已近关闭，即关闭时间。 水泵 水锤 
 

水泵 水锤

图6一46 水锤的发生过程

直接水锤的压力增高

水泵 水锤

式中μ0一关闭阀门前，管道中流体的平均流速，m/s;

a——水锤波传播速度，m/s

P——液体的密度，kg/m3。

2)间接水锤:如果阀门尚未完全关闭 水泵 水锤

间接水锤的压力增高

水泵 水锤

式中Tr—水锤波往返一次的时间S

Ts—关闭阀门所用的时间,s

(4)儒可夫斯基计算压力增高公式

水泵 水锤  

式中△H压力上升值;

△μ-一流速变化;

△Q—流量变化。 

防止水锤发生的措施

(1)水锤防止装置图例说明

水泵装置中的水锤有压力上升和压力下降2类，根据出水管路的布置情况及发出压

力变动的位置等，以图6--49中的管路布置为例，说明防止水锤发生的措施。

水泵

图6一49 泵装置中防止水锤的各种措施图例

（2)水锤防止装置的构成

1)飞轮。飞轮增加水泵转子体的转动惯量GD2，从而防止水泵突然停机后转速的急剧下降。这样由出水池反射引起的压力上升值也减小，并使压力变动幅度变小。采用飞轮是可靠性最高的防止水锤措施之一。有专用气轮和兼作联轴器的飞轮。

2)压力波动消除器。阀V;是在水泵出水侧压力异常上升时，将该压力上升释放到进水侧而设置的，或者在出水侧压力突然降低时，从进水侧补水。用于此用途的阀称作压力波动消除器。

3)串联逆止阀C2。是设在出水管中间的逆止阀，和逆止阀C1分担水锤压力口

4)压力罐。内部压力与水泵所产生的压力相等.所以设置压力罐能够使整个管路受益。压力罐可以采用多种型式，其中如图6-50(a)压力罐既用于压力上升也用于压力下降。图6-50(c)压力罐和图6-50 (b）压力罐相似，只是多了一根回水管，以迅速吸收管内的压力波动，其有优良的稳定性。压力罐一般用于流量比较小和扬程比较高，

在出水管末端附近要防止压力下降场合等。但是对设置位置无限制的场合，应尽可能建在发生压力下降的位置附近，以减小压力罐容量。

5)单向压力罐(池)。图6-50 (b)压力罐专用于压力下降，根据罐内的空气压力，仅在发生压力下降时，当出水管路的压力降低于单向调压水罐的压力时，设在连接管中间的逆止阀打开进行补水。

6)压力吸收装置。用于容量比较小的水泵设备。其中的一种型式如图6-51所示，内部采用双层管、呈弹性波纹管形。压力上升波纹管就会变形，容积增加具有吸收压力变化的功能。

7)蓄能罐。虽然多用于较小的水泵设备，但若设置多个也能适应中型水泵设备的需要。其型式一般在球形的中央用真空膜隔开，上部往往充满氯气。当出现水锤压力增大时，内部氯气被压缩，体积减小变成吸收压力上升的构造。在补给水量很小的场合不但可用蓄能罐替代压力罐，而且这种蓄能罐除用作防止水锤外，还具有吸收出水管内压力

脉动和噪音、振动等效果，其形式如图6 ——52所示。

水泵

图6——50压力罐形式

图6-57压力吸收装置示例

8)普通调压水箱(调压塔)。如图6-53所示，当调压水箱的横断面设计足够大时，压力波肯定能在设计位置被反射口所以在调压水箱之后的出水管就不担心发生水锤，有可能作为自流的流体处理。普通调压水箱用于管内压力下降后需要大量补水的场合对容积小f工只有压力要求的场合，可采用调压塔，但一般情况下建设费用往往很高。

水泵

图6一52标准蓄能罐图例  

图6一53调压水箱的形式 

   9)通气管或空气阀。在出水管路存在凸起点时，凸起点下游水流在突然停机后有时仍能继续向前流动。在这种情况下，在该位置设置通气管或空气阀.以便在出水管路压力降低时补给空气。

   空气一旦进人出水管内，就有必要认真进行排气。因此，作为防止水锤的措施，原则上采用补充空气的方法仅限于必须的场合。防止压力下降的基本对策最终仍以补水为主，这点极为重要。

   空气管的粗细要控制最大风速在48m/s以下，端部附有消音器以防产生吸气噪音，此处还需要安装保护套和金属网等。另外，立式泵且为长出水管突然停机，因为经常在水泵叶轮和逆止阀之间出现负压，故突然停机时，必须叮靠地破坏真空。