在压力管路中具有一定速度的水流,在突然受阻而停止流动时,水锤泵泄水阀瓣附近因水锤作用的关果,将产生压力急剧增高的现象,并向沿进水管路方向传播。

      在液压系统中,由于某种原因,液体压力瞬间突然升高,产生很高的压力峰值,这种现象称为液压冲击(也叫水锤或水击)。液压冲击的峰值压力往往比正常压力高出许多倍。水锤泵利用的就是液压冲击原理,即水流在正常流动的过程中,突然关闭出水口阀门,就会在泵体内产生很大的冲击力。利用这个冲击力,就可以把水送到高处。

      液压冲击是非定常流动,压力波以速度C沿进水动力管道(长引水管)来回传播。在水锤泵设计中,一般都是利用阀门突然关闭后管道压力最大升高量ΔP作为泵的扬水动力。由于液压冲击为一衰减过程,故研究压力升高第一波传至管道入口时的情况。

      假定管道断面积为A,管长为L,管道液体的初始流速为V,液体密度为ρ,压力波从排水冲击阀门传至上游供水池的进水口的时间为T,对这段时间运用动量方程:

      ΔP•A•T=ρALV;

     所以  ΔP=ρLV/T=CρV

     式中C=L/T,为压力波在水中的传播速度,它的传播速度约为1000~1400米/秒之间,接近于声音在水中的传播速度(1500米/秒)。

     最大压力水头计算公式:

     H=CV/g

     式中:

     H——突然关闭泄水阀门时产生的最大压力水头(m);

     C——水锤压力波传播速度,C=1000~1400 m/s;

     g——重力加速度=9.8 m/s²;

     V——水管中水流平均速度(m/s)。

     取C=1000m/s,可以计算水从1m高处经长引水管进入水锤泵后,突然关闭排水冲击阀门产生的最大升高压力ΔP,并由能量守恒定律求水流速度V:

     mgh=1/2mV2,则

     V=(2gh)0.5=(2*9.8*1)0.5≈4.4m/s

     所以,突然关闭泄水阀门时产生的最大升高压力ΔP为:

     ΔP= CρV=1000*1000*4.4=4.4Mpa

     最大压力水头H为:H=1000×4.4/9.81 =449(米)

     再计算把水提升100米所需的压力P:

     P=ρgH1=1000*9.8*100=0.98Mpa

     可以看出ΔP远大于P,所以从理论上说,利用液压冲击原理,将1-2米落差水流的一部分水量通过水锤泵提升到百米的高处是不成问题的。

     由以上的推算可见水锤压力的剧增现象是很大的,它的扬水高度是很高的。由于它有那么巨大的水锤压力,往往会破坏管路和损坏设备,很多渠道和水利工程建筑物中都有防止强大水锤压力的安全装置。因此在通常的情况下,水锤现象是有害的,看来是件坏事。但在水击时会产生这样大的能量,如果把它控制和利用起来,就会把坏事变成好事。水锤泵就是运用水锤作用时的强大压力把水扬到高处去的。

水锤泵的应用前景
扬水管不同管径适用流量参考和流速流量对照表

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水锤泵系统理论基础