消除水錘，保護泵系統(tǒng)

“水錘”一詞用于描述管道系統(tǒng)內(nèi)的壓力波動。水錘有多種機制和觸發(fā)器，對特定安裝中導(dǎo)致現(xiàn)象的原因有清楚的了解是確定正確解決方案的關(guān)鍵。

發(fā)生水錘現(xiàn)象的原因之一是，泵系統(tǒng)中液柱的前緣遇到堵塞，例如閥門突然關(guān)閉。發(fā)生這種情況時，前緣的水流會立即停止，但后面的流體仍在移動并開始壓縮。

由于這種壓縮，即使前緣處的水已停止移動，仍有少量流體繼續(xù)進入管道。當(dāng)水壓縮時，系統(tǒng)中水的動能轉(zhuǎn)化為壓力能。

該壓力能量無法繼續(xù)通過系統(tǒng)中的阻塞。取而代之的是，管道中水壓縮產(chǎn)生的壓力波將向上游傳播。

水錘的另一個主要原因是水柱分離和關(guān)閉。當(dāng)管道系統(tǒng)中的液態(tài)水柱被分離并隨后再次關(guān)閉，從而產(chǎn)生破壞性的沖擊波時，就會發(fā)生這種情況。這可以發(fā)生在兩相系統(tǒng)中，在該系統(tǒng)中水會改變狀態(tài)，并且可以在相同的密閉空間中以液體和蒸氣的形式存在。

每當(dāng)管道中的壓力降低到水蒸氣壓力時，就會發(fā)生這種“相變”（液態(tài)水到水蒸氣）。

水錘的各種原因有許多觸發(fā)因素。泵的啟動和停止會導(dǎo)致水錘通過這兩種機制。

此外，在啟動或停止過程中，流量和系統(tǒng)壓力的快速變化會導(dǎo)致止回閥突然關(guān)閉，而流量方向的變化則會引起水柱分離。

不管原因如何，由水錘現(xiàn)象產(chǎn)生的壓力增加都可能對任何無法承受壓力的系統(tǒng)造成重大損害，從而導(dǎo)致管道爆裂，閥門損壞等等。

計算傷害

可以使用公式1計算水錘的潛在破壞力。例如，以10英尺/秒（ft / s）的流速泵水。

P _（附加） = aV / 2.31g 
公式1

其中：
P =系統(tǒng)中產(chǎn)生的附加壓力
a = 4,860 ft / s（壓力波的速度）
V =管道中流動的水的速度（ft / s）
g =萬有引力常數(shù)（大約32 ft / s2 ）

管道中的閥門會立即關(guān)閉（水錘的主要原因之一），從而停止系統(tǒng)中的水流。

使用公式P _（附加） = aV /2.31g，很明顯在管道內(nèi)會產(chǎn)生每平方英寸（psi）額外的657磅壓力。如果系統(tǒng)的設(shè)計不能應(yīng)對額外的壓力，則可能會對閥門，管道和/或泵造成嚴(yán)重?fù)p壞。

尋找解決方案

解決水錘問題需要減輕其影響或防止其發(fā)生。設(shè)計泵系統(tǒng)時，有許多解決方案要考慮。

壓力罐，調(diào)壓室或類似的蓄壓器可用于吸收壓力波動，它們是對抗水錘的有用工具。

但是，防止壓力激增通常是更好的策略。

控制閥門關(guān)閉時間是一種解決方案。如前所述，突然關(guān)閉閥門是造成水錘的主要原因之一。在抽水系統(tǒng)中發(fā)揮作用的許多變量中，閥門關(guān)閉時間會顯著影響損壞水錘的可能性。這是操作員可以直接控制的一個因素。

公式2顯示了閥門關(guān)閉時間與水錘壓力波動幅度之間的關(guān)系。

P = 0.07（VL / t）
公式2

其中：
t =閥門關(guān)閉時間（以秒為單位）
L =擋板之間的管道長度（以英尺為單位）
V =流速（以英尺/秒為單位）

閥門關(guān)閉所產(chǎn)生的額外壓力與閥門關(guān)閉時間成反比。也就是說，閥門關(guān)閉的速度越慢，壓力增加的意義就越小。

通過仔細(xì)考慮最終用戶控制范圍內(nèi)的變量（關(guān)閉時間和流速），可以顯著降低水錘的發(fā)生率和強度。

可以手動或通過電動閥來控制閥門的關(guān)閉。

泵啟動和停止期間的電子速度控制是另一種可能的解決方案。電子馬達(dá)控制設(shè)備（例如軟起動器和變速驅(qū)動器（VSD））可用于在啟動和停止期間控制泵的速度。這允許逐漸增加或降低泵速（因此，流量和揚程/壓力），以防止水柱分離，流量反向和單向閥突然關(guān)閉。

泵的受控啟動和停止還具有其他優(yōu)勢，包括減少系統(tǒng)上的機械應(yīng)力以及由直接在線（DOL），跨線（ATL）和機電啟動引起的機械應(yīng)力。這樣可以減少維護并延長使用壽命。此外，軟啟動器和VSD可以提供一系列高級電動機和系統(tǒng)保護功能以及監(jiān)視和控制選項。

這些受控的啟動和停止方法提供的可能的保護示例包括：