水錘效應(yīng)（Water hammer）是指在水力學(xué)中，當(dāng)打開的閥門突然關(guān)閉時，導(dǎo)致封閉管道系統(tǒng)中的壓力迅速上升，由于水流的慣性產(chǎn)生可能對管道和設(shè)備造成損壞的沖擊波。通常發(fā)生在泵突然啟動、停止或故障，泵速度變化，或管道系統(tǒng)內(nèi)水流速度的突然開啟或關(guān)閉時。類似地，關(guān)閉的閥門突然打開后也會產(chǎn)生負(fù)水錘，雖然破壞力較小。這種現(xiàn)象可能由低推力部件引起，因?yàn)樗鼈儫o法保持閥門在接近閥座的位置，導(dǎo)致泵或閥門突然關(guān)閉，進(jìn)而產(chǎn)生水錘效應(yīng)?？焖匍_啟型流量特性的閥門也可能引起水錘效應(yīng)。水錘效應(yīng)可能導(dǎo)致管道破裂、損傷管子支架和管道接頭，對閥門可能會導(dǎo)致閥芯嚴(yán)重振動，造成閥芯、墊片或填料失效。
定義
水錘效應(yīng)是指在水力學(xué)中，當(dāng)打開的閥門突然關(guān)閉時，由于水流的慣性產(chǎn)生的沖擊波，是在封閉管道系統(tǒng)中的壓力迅速上升的結(jié)果，導(dǎo)致水流產(chǎn)生破壞作用。通常是由于泵突然啟動、停止（或故障）、泵速度變化或管道系統(tǒng)內(nèi)水流速度的突然開啟或關(guān)閉而引起的。類似地，關(guān)閉的閥門在突然打開后也會產(chǎn)生水錘，稱為負(fù)水錘，雖然破壞力較小。當(dāng)閥門接近關(guān)閉時，閉合元件會突然吸入閥座，這被稱為溶缸閉鎖效應(yīng)。這種效應(yīng)主要由低推力部件造成，因?yàn)樵摬考]有足夠的推力來保持在接近閥座的位置，導(dǎo)致泵或閥門突然關(guān)閉，進(jìn)而產(chǎn)生水錘效應(yīng)。在一些情況下，快速開啟型流量特性的閥門也可能引起水錘效應(yīng)。
從技術(shù)上講，由水錘效應(yīng)引起的快速壓力上升并不一定是問題，只要沒有超過管道的承壓能力，管道設(shè)計(jì)允許一定的過壓和可以安裝承受更高壓力的閥門。但是不能在系統(tǒng)中反復(fù)出現(xiàn)嚴(yán)重的水錘效效應(yīng)。管道也許能夠在相對短的時間內(nèi)吸收水錘效應(yīng)帶來的影響，但管道可能會因?yàn)橄到y(tǒng)的反復(fù)疲勞效安全性削弱，并可能在之后的某個時候發(fā)生破裂。
有關(guān)研究
分析液體管路流體動力可以更好的了解液體在管道中流動時的行為。以球閥為一個例子，球閥打開的過程中，閥芯開口處的流速達(dá)到最大值，但隨著閥門逐漸關(guān)閉，流速和壓力都會減小。而在球閥關(guān)閉過程中，流場變得更為復(fù)雜，閥芯開口處會形成渦流，導(dǎo)致流速先增大后減小，最大流速出現(xiàn)在閥門角度為30?~60?之間。球閥關(guān)閥過程中水錘壓力會隨著關(guān)閥時間的增加不斷減小，當(dāng)球閥關(guān)閥時間減小到一定數(shù)值后再 增加關(guān)閥時間對水錘壓力的影響不再明顯，故適當(dāng)提高關(guān)閥時間可以很好地抑制水錘效應(yīng)的影響。球閥在同樣關(guān)閥時間下，采用勻速關(guān)閥相較于勻加速、勻減速關(guān)閥有著更小水錘壓力，且勻速關(guān)閥壓力變化過程更為平緩，故采用勻速關(guān)閥能更好地起到水錘防護(hù)的作用。
產(chǎn)生危害
雖然水錘效應(yīng)會產(chǎn)生很大的噪音，但其實(shí)真正的損害是由機(jī)械失效造成的。由于水流動能急劇轉(zhuǎn)化為靜態(tài)壓力，水錘會沖破管線、損傷管子支架和管線接頭。對于閥門，水錘會導(dǎo)致閥芯產(chǎn)生嚴(yán)重振動，可能導(dǎo)致閥芯、墊片或填料的失效。生活中最常見的就是蒸汽管線上的膨脹節(jié)，在應(yīng)用中膨脹節(jié)可以被看作一個彈性元件，用于釋放熱脹冷縮的熱應(yīng)力，在設(shè)備換熱器上一般叫膨脹節(jié)，在管道上也可以叫波紋管。
解決方案
閥門流速
要解決水錘效應(yīng)可以采取一些方法來調(diào)整閥門的關(guān)閉速度，或者為閉合元件提供更大的拉力和剛性。這有助于防止壓力波動的產(chǎn)生，需要確保閥門在關(guān)閉時以均勻的速度進(jìn)行動作，而不是突然關(guān)閉。在某些情況下，如果閥門的快速開啟特性會引發(fā)水錘，應(yīng)該考慮將其改為等百分比特性，以減少突變的可能性。對于需要在接近閥座時進(jìn)行節(jié)流的控制閥，應(yīng)該使用輸出推力較大的部件，例如活塞式氣動部件或液壓部件?；蛘?，在手動旋轉(zhuǎn)操作器的行程套管上設(shè)置特殊缺口，以減少或避免溶缸閉鎖效應(yīng)。另外一種方法是在管線系統(tǒng)上采取防波動措施，可以使用壓力泄放閥或緩沖桶來實(shí)現(xiàn)，同時還可以向系統(tǒng)中注入氣體，因?yàn)闅怏w的注入會降低流體的密度并提供一定的壓縮性，從而處理突然的波動。
恒壓技術(shù)
采用PLC自動控制系統(tǒng)，對機(jī)泵進(jìn)行變頻調(diào)速控制，對整個供水泵房系統(tǒng)操作實(shí)行自動控制。由于供水管網(wǎng)壓力隨著工況的變化而不斷變化，系統(tǒng)運(yùn)行過程中經(jīng)常出現(xiàn)低壓或超壓現(xiàn)象，容易產(chǎn)生水錘，導(dǎo)致對管道和設(shè)備的破壞，采用PLC自動控制系統(tǒng)，通過對管網(wǎng)壓力的檢測，反饋控制水泵的開、停和轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)，控制流量，進(jìn)而使壓力維持一定水平，可以通過控制微機(jī)設(shè)定機(jī)泵供水壓力，保持恒壓供水，避免了過大的壓力波動，使產(chǎn)生水錘的概率減小。
水錘消除器
該設(shè)備能在無需阻止流體流動的情況下，有效消除各類流體在傳輸系統(tǒng)可能產(chǎn)生的水錘及浪涌產(chǎn)生的不規(guī)則水擊波震蕩，一般安裝在水泵出口管道附近，利用管道本身的壓力為動力來實(shí)現(xiàn)低壓自動動作，即當(dāng)管道中的壓力低于設(shè)定保護(hù)值時，排水口會自動打開放水泄壓，以平衡局部管道的壓力，防止水錘對設(shè)備和管道的沖擊，消除器一般可分為機(jī)械式和液壓式兩種，機(jī)械式消除器動作后由人工恢復(fù)，液壓式消除器可自動復(fù)位。
應(yīng)用領(lǐng)域
水錘泵是一種利用水的落差原理制成的提水機(jī)具，不需要電力或燃料。這種泵已經(jīng)有200多年的歷史，在經(jīng)過人們的不斷改進(jìn)和實(shí)踐后，其結(jié)構(gòu)變得更加簡單和合理，效率也得到了提高，選址要求也更加明確，水錘泵是一種具有“生命力”的提水工具。
參考資料 >
What Is Water Hammer?.dft-valves.2023-08-04
The Resonance Problem.sciencedirect.2023-08-04
球閥關(guān)閥過程對水錘效應(yīng)的影響分析.hanspub.2023-08-08
球閥關(guān)閥過程對水錘效應(yīng)的影響分析.hanspub.2023-08-08
管道膨脹節(jié)在蒸汽管道中的工作原理.搜狐網(wǎng).2023-08-08
如何預(yù)防和利用水錘效應(yīng)，快來學(xué)習(xí)這篇!.PROCESS流程工業(yè).2023-08-08
水錘泵及其應(yīng)用.知網(wǎng)空間.2023-08-04