什么是水锤?
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、水泵突然停止、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。
水锤的作用
由于流体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。
水锤是在突然停电或者在阀门关闭太快时,由于压力水流的惯性,产生水流冲击波,就象锤子敲打一样,所以叫水锤。水流冲击波来回产生的力,有时会很大,从而破坏阀门和水泵。水锤效应”是指在水管内部,管内壁光滑,水流动自如。当打开的阀门突然关闭,水流对阀门及管壁,主要是阀门会产生一个压力。由于管壁光滑,后续水流在惯性的作用下,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。在水利管道建设中都要考虑这一因素。相反,关闭的阀门在突然打开后,也会产生水锤,叫负水锤,也有一定的破坏力,但没有前者大。
我们知道,水锤的影响很大,所以人们利用水锤的自然现象,制作了能自动抽水的液压机械水锤泵。水锤泵利用水流的力量,周期性地切换排水阀和提升阀,从而产生水锤压力,将水从低处提升到高处。相信很多人从小就听过这样一句话,"人往高处走,水往低处流",不管这句话对不对,明不明白是什么意思,但这句话已经深深扎根于人们的心中。为什么水是往下流的,这一点很多人质疑,其实这是一个物理知识,运动是物体对外力的作用,而运动的方向是发挥最大能量的方向,水在地球上受到很多大小不一的力,在地球的引力下是最大的一个方向,所以水是往下流。
而如果水能往上流,那么你一定认为,它一定是借助于任何机器或人力而实现的,像用油或电为动力的水泵就可以,否则是不可能的,但它确实有这样一种利用简单装置,不借机器或人力就能实现将水由低到高的提高,这就是水锤泵。水锤泵是一种以水流为冲击动力,产生水锤效应,将低处的水向高处提升的装置,是一种将动能转化为压力能的简单机械,水锤泵主要用于山区、丘陵和平原周围的河流或水库的灌溉、水产养殖和饮水。
相信很多人从小就听过这样一句话,"人往高处走,水往低处流",不管这句话对不对,明不明白是什么意思,但这句话已经深深扎根于人们的心中。为什么水是往下流的,这个很多人质疑,其实这是一个物理知识,运动是物体对外力的作用,而运动的方向是发挥最大能量的方向,水在地球上受到很多大小不一的力,在地球的引力下是最大的一个方向,所以水是往下流。
该泵采用轴向回液的泵体结构。泵体由吸入室、储液室、涡旋室、回液孔、气液分离室等组成。泵正常启动后,叶轮将吸入室内储存的液体和吸入管路中的空气一起吸入,它们在叶轮内完全混合。在离心力的作用下,液体夹带气体流向涡室外缘,在叶轮外缘形成一定厚度的白色泡沫带和高速旋转的液环。气液混合物通过扩散管进入气液分离室。
此时,由于流量突然减小,较轻的气体从混合气体液体中分离出来,气体继续上升,通过泵体的出口排出。脱气后的液体返回储液室,通过回流孔再次进入叶轮,在叶轮内部与从吸入管吸入的气体再次混合,在高速旋转的叶轮作用下流向叶轮外缘。如此反复进行,吸入管路中的空气不断减少,直到气体被完全吸收,自吸过程完成,这时泵才会投入正常运行。
一些泵在轴承体的底部也有冷却室。当轴承因发热而温度升高70度以上时,可通过任意冷却液管接头将冷却液注入冷却室内进行循环冷却。在泵内部,防止液体从高压区泄漏到低压区的密封机构是前后密封环。前密封圈安装在泵体上,后密封圈安装在轴承体上。当泵的密封圈在长期运行后磨损到一定程度,影响泵的效率和自吸性能时,就应该更换。
扩展信息:
外置自吸泵是:泵启动前,将泵壳注满水(或泵壳本身有水)。当叶轮开始高速旋转后,叶轮通道中的水流向蜗壳。此时在入口处形成真空,使进水逆止门打开,吸入管内的空气进入泵内,通过叶轮通道到达外缘。
另一方面,由叶轮排入气水分离室的水通过左右回水孔流回叶轮的外缘。在压力差和重力的作用下,从左回水孔回流的水射进叶轮通道,被叶轮粉碎。与来自吸入管的空气混合后,被抛向蜗壳,沿旋转方向流动。
内部自吸泵的工作原理与外部自吸泵相同。
自吸泵多与内燃机配套,安装在可移动的小车上,适合野外作业。
水泵的气蚀是由水的蒸发引起的。所谓汽化,就是水从液态变成气态的过程。水的汽化与温度和压力有一定的关系。在一定压力下,当温度上升到一定值时,水开始汽化。如果在一定温度下,当压力下降到一定值时,水也会汽化,这个压力叫做该温度下水的汽化压力。
如果在流动过程中某个局部区域的压力等于或低于水温对应的汽化压力,水就会在那里汽化。汽化后,会形成许多与气体混合的蒸汽小气泡。
当气泡随着水流从低压区流向高压区时,气泡在高压作用下破裂,高压水流以极高的速度流向这些原始气泡所占据的空间,形成冲击力。在水锤压力的作用下,金属表面疲劳,严重损坏。因此,我们把气泡的形成、发展和破裂的全过程,从而导致物质的破坏,称为空化现象。
水锤的原理是在有压力管路中,由于某种外界原因(如阀门突然关闭、水泵机组突然停车)使水的流速突然发生变化,从而引起水击。
水锤是在突然停电或者在阀门关闭太快时,由于压力水流的惯性,产生水流冲击波,就像锤子敲打一样,所以叫水锤。水流冲击波来回产生的力,有时会很大,从而破坏阀门和水泵。
水锤消除器:
水锤消除器能在无需阻止流体流动的情况下,有效地消除各类流体在传输系统可能产生的水外锤和浪涌发生的不规则水击波震荡,从而达到消除具有破坏性的冲击波,起到保护之目的。
水锤消除器的内部有一密闭的容气腔,下端为一活塞,当冲击波传入水锤消除器时,水击波作用于活塞上,活塞将往容气腔方向运动。
活塞运动的行程与容气腔内的气体压力、水击波大小有关,活塞在一定压力的气体和不规则水击双重作用下,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水击波震荡。
在有压力管路中,由于某种外界原因(如阀门突然关闭、水泵机组突然停车)使水的流速突然发生变化,从而引起水击,这种水力现象称为水击或水锤。
危害
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。
当切断电源而停机时,泵水系统的势能将克服电动机的惯性而命令系统急剧地停止,这也同样会引起压力的冲击和水锤效应。
为了消除水锤效应的严重后果,在管路中需要受到一系列缓冲措施和设备。
水锤消除
水锤消除器能在无需阻止流体流动的情况下,有效地消除各类流体在传输系统可能产生的水外锤和浪涌发生的不规则水击波震荡,从而达到消除具有破坏性的冲击波,起到保护之目的。
水锤消除器的内部有一密闭的容气腔,下端为一活塞,当冲击波传入水锤消除器时,水击波作用于活塞上,活塞将往容气腔方向运动。活塞运动的行程与容气腔内的气体压力、水击波大小有关,活塞在一定压力的气体和不规则水击双重作用下,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水击波震荡。
水锤作用过程
该产生之压力以水中之音速往上游传递为压力波,并逐渐停止水流,当压力波传抵管路上游出口,则压力被释放。
此时,因管内之压力大于上游出口外之压力,导致管中水流开始往上游出口回流。当此回流抵阀门时,因阀门为关闭状态,造成阀门处产生负压波,水流又趋于静止。该负压波再度传抵管路上游出口,造成水流再度往管路中流进。
如此水流持续在管中震荡,因受管壁摩阻力之影响及管路上游水流进出之阻力影响,该水流震荡强度将逐渐缩小,直至水流完全停止。
当高速行进之列车进入隧道,重击隧道内之空气亦会产生高压波,该高压波如同水锤作用之压力波在隧道内传递,并逐渐将隧道内之空气加速,则被称之为活塞效应。
以上内容参考 百度百科-水锤现象
水锤泵系统主要由动力水管(进水管)、泵体、排水阀、压水阀、缓冲筒、出水管六大部分组成。
水锤泵工作前,排水阀在磁隙弹簧作用下处于开启状态,输水阀在磁隙弹簧和自身重量作用下处于关闭状态。开机时人为控制排水阀进行开启→关闭→开启→关闭往复运作几次后,水泵就能自动运行。开机后,有一定落差的水通过动力水管(进水管)经打开的排水阀向外流出,当排水阀内侧的压力增加至大于排水阀磁隙弹簧压力时,流动着的水就推动排水阀迅速关闭,即发生水锤现象,此时泵体内的水压力急剧上升,迫使输水阀开,部分水被压入缓冲筒。排水阀内侧压力迅速下降,排水阀在磁隙弹簧和负压作用下重新打开,输水阀在自身重量、磁隙弹簧压力及缓冲筒空气室内水压力的作用下重新关闭。在水流的作用下,上述动作周而复始地自动运行。当缓冲筒内的水压强增加到大于扬水管内的压力时,水就从出水口流出来。
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,出会引起管道和设备振动。应力交递变化,对设备有不利的影响,同时负水锤时,如压力降得过低可能使管中产生不利的真空,在外界压力的作用下,会将管道挤扁。
为了防止水锤现象的出现,可采取增加阀门起闭时间,尽量缩短管道的长度,在管道上装设安全阀门或空气室,以限制压力突然升高的数值或压力降得太低的数值。