水錘如何產生和控制

來源:上海茸工閥門制造有限公司
發布時間:2016年8月4日

水錘簡介:
水錘又稱水擊。水(或其他液體)輸送過程中,由于閥門突然開啟或關閉、水泵突然停止、驟然啟閉導葉等原因,使流速發生突然變化,同時壓強產生大幅度波動的現象。水錘效應是一種形象的說法.它是指給水泵在起動和停止時,水流沖擊管道,產生的一種嚴重水擊。由于在水管內部,管內壁是光滑的,水流動自如。當打開的閥門突然關閉或給水泵停止,水流對閥門及管壁,主要是閥門或泵會產生一個壓力。由于管壁光滑,后續水流在慣性的作用下,水力迅速達到最大,并產生破壞作用,這就是水力學當中的“水錘效應”,也就是正水錘。相反,關閉的閥門在突然打開或給水泵啟動后,也會產生水錘,叫負水錘,但沒有前者大。
水錘作用:
由水錘產生的瞬時壓強可達管道中正常工作壓強的幾十倍甚至于數百倍。這種大幅度壓強波動,可導致管道系統產生強烈振動或噪聲,并可能破壞閥門接頭。對管道系統有很大的破壞作用。為防止水錘需正確設計管道系統,防止流速過高,一般設計管子流速應小于3m/s,并需控制閥開、閉速度。
因開泵、停泵、開關閥門過于快速,使水的速度發生急劇變化,特別是突然停泵引起的水錘,可以破壞管道、水泵、閥門,并引起水泵反轉,管網壓力降低等。水錘效應有極大的破壞性:壓強過高,將引起管子的破裂,反之,壓強過低又會導致管子的癟塌,還會損壞閥門和固定件。在極短的時間里,水的流量從零猛到額定流量。由于流體具有動能和一定程度的壓縮性,因此在極短的時間內流量的巨大變化將引起對管道的壓強過高和過低的沖擊。壓力沖擊將使管壁受力而產生噪聲,猶如錘子敲擊管道一樣,故稱為水錘效應。

水錘展示圖

水錘效應:
水錘的破壞力與水當時的動量有關,符合沖量定理。Ft=mV,即作用在閥門或管道上的壓力X作用時間=水的質量X水的流速。
舉個例子給你聽聽吧,比如我們在路上高速行駛的汽車突然撞墻了,那破壞力是不是很大?那當一輛汽車靠在墻上(此時是靜止的)如果你突然發動汽車加油門(此時速度較小).你覺得會給墻造成多大破壞?
水錘是在突然停電或者在閥門關閉太快時,由于壓力水流的慣性,產生水流沖擊波,就象錘子敲打一樣,所以叫水錘。水流沖擊波來回產生的力,有時會很大,從而破壞閥門和水泵。水錘效應”是指在水管內部,管內壁光滑,水流動自如。當打開的閥門突然關閉,水流對閥門及管壁,主要是閥門會產生一個壓力。由于管壁光滑,后續水流在慣性的作用下,迅速達到最大,并產生破壞作用,這就是水力學當中的“水錘效應”,也就是正水錘。在水利管道建設中都要考慮這一因素。相反,關閉的閥門在突然打開后,也會產生水錘,叫負水錘,也有一定的破壞力,但沒有前者大。
水錘發生原因:
冷水進入
在蒸汽主管上由于輻射散熱的原因,會產生冷凝水。蒸汽在管道內高速的流動從而帶動冷凝水一起流動造成了漣漪。通過這種情況,隨著蒸汽的帶動冷凝水在管道內慢慢形成了一定的規模。這個就類似于由于強風而形成巨大的浪。

水錘冷水進入發生原因

在這種情況下,水錘現象發生是當冷凝水猛烈的撞擊到彎頭或一個關閉著的閥門。
蒸汽冷凝
當蒸汽損失了熱量,它會轉變為冷凝水,其體積會比蒸汽小1000倍。因此當蒸汽進入接觸到低溫的冷凝水從而發生冷凝,蒸汽的體積立刻發生巨大的變化。
當蒸汽在冷凝過程中,由于體積減小會暫時形成真空狀態,因此管道內的冷凝水會被吸到這個真空的空間。這種情況就會形成水錘,冷凝水在管道內形成浪涌互相的撞擊。
簡而言之,管道內的低溫冷凝水與蒸汽混合是非常危險的。但這樣的情況又是非常普遍的,像在冷凝水回收系統中或類似的系統,這種是一種非常難以解決的水錘形式。
值得注意的是這種類型的水錘形式不僅僅出現在冷凝水回收系統中,也同樣會發生在蒸汽配送管道和蒸汽用設備中。

水錘蒸汽冷凝發生原因

以上所提及的兩大類型水錘都會產生巨大的破壞,但相對而言第二種形式的水錘發生的頻率更高。
水錘影響因素:
曾經,普遍認為越是低溫的冷凝水越可能造成嚴重的水錘。然而,實驗卻揭示了一個驚人的事實,實驗表明當冷凝水的溫度略低于蒸汽溫度時會對水錘的形成造成最大的影響。
更確切的講,假設當蒸汽溫度為100℃,冷凝水溫度處于70℃~80℃時產生水錘的幾率要大于冷凝水溫度處于50℃~60℃時。

水錘影響因素

事實上,水錘所造成的影響是通過計算得出數據的。這個計算結果可以顯示出水錘的強度與蒸汽冷凝的體積的關系。(蒸汽塊)
通過三個圖表我們可以看出冷凝水的溫度情況:
左邊的圖表:蒸汽接觸到低溫的冷凝水立刻發生冷凝現象。如這種情況,當有水錘發生時也只會產生小的蒸汽泡,不會形成大的蒸汽塊,因此只會形成小型的水錘。
中間的圖表是最大的隱患。由于冷凝水與蒸汽的溫差相對較小,在20-30℃之間。因此冷凝水不會馬上冷凝,但通過逐步的累積,當蒸汽到達冷凝點時,全部的蒸汽會立刻發生冷凝。由于緩慢的冷凝時間,從而使蒸汽與冷凝水接觸的時間很長,會產生大量的蒸汽泡,形成大型的水錘。
右邊的圖表:蒸汽與冷凝水接觸時的溫度相同。在這種情況下,不會有蒸汽冷凝的情況發生同時也不會產生水錘。這一情況證明了當飽和冷凝水排出疏水閥時的溫度與閃蒸汽的溫度相同時,是不會水錘產生的。

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