水击现象及其预防PPT课件
第四章 水灾害及其防治ppt课件
1994年洪灾直接经济损失1750多亿元。 1998年洪灾直接经济损失2550多亿元，其中黑龙江218亿 元、湖南422亿元、湖北357亿元、江西408亿元。
第四章 水灾害及其防治
• （5）地质条件及植被条件致使水土流失严重，河 流泥沙及泥石流问题突出。
我国具有很多容易形成滑坡、泥石流的地层，这就导致如 果遇到洪水容易形成滑坡和泥石流。另外有些山区的毁林 垦荒、有些地方的滥垦草地、有些地方过度开发湿地，都 严重损坏了当地的生态环境。致使现在水土流失严重，河 流中含有大量的泥沙，泥石流和山洪问题突出
第四章 水灾害及其防治
山洪
山洪涌入渣滓洞景区（重 庆西北郊歌乐山下 ），导 致其大门、院墙、一原特 务用房及部分监狱被冲垮。 图为被山洪严重损毁的渣 滓洞景区现场
有1000多亩受损），还可能传播疾病，所以洪水会带 来许多负面的影响，甚至还可能会带来生态问 题。
（人为因素）--人类乱捕蛇类和猫头鹰，鼠类 天敌减少（蛇胆、蛇肉）
第四章 水灾害及其防治
山洪 发生在山区小流域的溪沟或周期性流水的荒溪中，流速快，
历时短，暴涨暴落，冲刷力与破坏力强，往往携带大量泥沙的地表径流。
• 8月20日，四川省对外发布“8·13”特大山洪泥石流灾害受灾情 况，截至8月19日，已造成全省576万人受灾，发生较大规模 的地质灾害75处，因灾直接经济损失约68.9亿元。
第四章 水灾害及其防治
• 西南五省市干旱
第四章 水灾害及其防治
2010年3月26日在贵州省大 山乡耳期村，秦明亮老人拿 着水塘内干死的蟾蜍。旱情 发生以来，村内村民赖以生 存的水塘干涸见地，塘内的 蟾蜍也成了一个个干干的标 本。老人准备将这几只干蟾 蜍拿回家入药。
水击现象演示参考资料
实验四水击现象演示一、演示目的12二、演示设备自循环水击综合实验仪如下图所示：1、恒压供水箱；2、水击扬水机出水管；3、气压表；4、扬水机截止阀；5、压力室；6、调压筒；7、水泵；8、水泵吸水管；9、供水管；10、调压筒截止阀；11、水击发生阀；12、逆止阀；13、水击室；14、集水箱；15、底座。
三、演示工作原理水泵7能把集水箱14中的水送入恒压供水箱1中，水箱1设有溢流板和回水管，能使水箱中的水位保持恒定。
工作水流自水箱1经供水管9和水击室13，再通过水击发生阀11的阀孔流出，回到集水箱14。
实验时，先全关阀10和4，触发起动阀11。
当水流通过阀11时，水的冲击力使阀11向上运动而瞬时关闭截止水流，因而在供水管9的末端首先产生最大的水击升压，并使水击室13同时达到这一水击压强。
水击升压以水击波的形式迅速沿着压力管道向上游传播，到达进口以后，由进口反射回来一个减压波，使管9末端和水击室13内发生负的水击压强。
通过阀11和12的操作过程观察到水击波的来回传播变化现象，即阀11关闭，产生水击升压，使逆止阀12克服压力室5的压力而瞬时开启，水也随即注入压力室内，并可看到气压表3随着产生压力搏动。
然后，在进口传来的负水击作用下，水击室13的压强低于压力室5，使逆止阀12关闭，同时水击阀11在负水击和阀体自重的共同作用下，向下运动而自动开启。
这一动作既观察到水击波的传播变化现象，又能使本实验仪保持往复的自动工作状态，即阀11开启，水自阀孔流出，又回到这一动作的初始状态，这样周而复始，阀11不断地启闭，水击现象也就不断地重复发生。
通过逆止阀12、压力室5和气压表3组成水击压强的定量观察装置，随水击的每次升降压，通过逆止阀12都向压力室5注入一定的水流，而压力室5是密闭的，这样就可从与压力室5相连的气压表3上测量压力室5空腔中的压强，如是逆止阀12不开启时的压强就是产生的最大水击压强值。
水击的利用是由图中1、9、11、12、13、5、4、2等组成的水击扬水机来演示的。
泵站水击水锤及其防护
2、产生的原因
➢启泵、停泵尤其是在迅速操作阀门使水流速度剧变的情况下。 ➢事故停泵
突然停泵的原因： 1、由于电力系统或电气设备突然发生故障，人为误操作等致使电力
供应突然中断； 2、雨天雷电引起突然断电； 3、水泵机组突然发生机械故障，而使电机过载。由于保护装置的作
用而将电机电源切断；停电。
四、 停泵水击的危害及预防措施
3、停泵水击的预防措施
对于扬程较低的小型泵站可取消逆止阀； 延长阀门的启闭时间，如离心泵在关闭阀门的状态下启动（或停
止），然后逐渐开启（或关闭）出水阀门； 在管路设水锤消除器或安全阀，当产生水击，压力升高时将部分
水放出； 在管路上安装空气室，当阀门关闭时，部分水进入空气室起缓
作用，以减少水击的危害； 在逆止阀两端安装连通管，当突然断电后水倒流时，逆止阀关
闭，从旁路管泄回部分水流，以减弱水击的增压； 采用缓闭式逆止阀，以延长闭阀时间，防止水击。
四、 停泵水击的危害及预防措施
1、水泵出口处有止回阀的情况
管路中的水倒流到一定程度时，止回阀很快关闭，引起压力上升。 （停泵水锤的危害主要是因为水泵出口止回阀的突然关闭引起的。）
突然停泵后，流量、压头、 转数等随时间变化的曲线称 为停泵暂态过程线。 右图是水泵出口处设有止回 阀的某泵站的停泵暂态过程 线。
二、停泵水击产生的过程
泵站水击（水锤）及其防护
学习大纲
水击产生的原因 停泵水击产生的过程 水击引起管道内压力的增值 停泵水击的危害及预防措施
1、几个概念
➢水击（水锤）： 在压力管道中，由于流速的剧烈变化而引起一系列急剧 的压力交替升降的水力冲击现象。 ➢停泵水击（水锤）： 指水泵机组因突然失电或其它原因造成开阀停车时，在 水泵及管路中水流速度发生递变而引起的压力递变现象。
水击(水锤)
水击：又名水锤，在有压管道系统中，由于某一管路元件工作状态的改变，使液体流速发生急剧变化，同时引起管内液体压强大幅度波动的现象。
它是有压管道非恒定流问题中的一种。
管道中任一段面的流速、压强、液体的密度及管道直径，不仅与空间位置而且与时间有关。
它可能导致管道系统强烈震动、噪声和空蚀，甚至使管道严重变形或爆裂。
管道系统中阀门的急剧关闭及开启、水泵突然停机，以及在水电站运行过程中，由于电力系统负荷的改变而迅速启闭导水叶或闸阀等，都会产生水击。
具体到蒸汽管道，主蒸汽管道内疏水不彻底,残存有少量凝结水,高温蒸汽遇冷凝结,体积缩小，产生局部真空，水滴高速冲向真空区域,从而产生水击。
还有疏水管道内压力小于冷凝水的饱和压力造成了二次汽化，也是水击的原因。
解决的措施：1.按规程进行通汽操作，暖管之前打开疏水阀疏水，特别注意要缓慢开启阀门。
2.保持正常的疏水，及时排除冷凝水，避免汽水共存而发生水击。
3.稍微提高冷凝管操作压力，避免二次汽化。
水击water hammer有压管道中，液体流速发生急剧变化所引起的压强大幅度波动的现象。
管道系统中闸门急剧启闭，输水管水泵突然停机，水轮机启闭导水叶，室内卫生用具关闭水龙头，都会产生水击。
水击可导致管道系统的强烈震动，间接水击的计算需要知道流速随时间变化的关系，产生噪声和气穴。
掌握水击压强的变化规律对输水管道的设计，对消减水击的破坏作用，有很大的实际意义。
水击的基本问题是最大压强的计算，最大压强一般出现在发射波断面（如阀门处）。
水锤water hammer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、水泵突然停车、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。
水锤效应是一种形象的说法.它是指给水泵在起动和停车时，水流冲击管道，产生的一种严重水击。
由于在水管内部，管内壁是光滑的，水流动自如。
当打开的阀门突然关闭或给水泵停车，水流对阀门及管壁，主要是阀门或泵会产生一个压力。
水击现象及其预防【通用】.pptx
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如果泵站装备调速输油泵机组，在调节阀节流与关闭一 台泵两种动作之间，尚可增加调速泵机组降速运转动作。 上述上、下游泵站调节阀的节流幅度，根据水击分析结果 确定。当各泵站采取的动作已达到水击分析结果所定压力 与流量要求时，即不再继续执行下一步保护动作。
3. 泄放保护 泄放保护是在管道的一定地点安装专用的泄放阀，当
水击保护方法有管道增强保护、超前保护与泄放保护三 种。
1．管道增强保护 当管道各处的设计强度能承受无任何保护措施条件下水 击所产生的最高压力时，则不必为管道采取保护措施。小 口径管道的强度往往具有相当裕量，能够承受水击的最高 压力。
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2．超前保护
超前保护是在产生水击时，由管道控制中心迅速向上、
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水击保护方法 水击保护的目的是由事先的预防措施使水击的压力波动 不超过管子与设备的设计强度，不发生管道内出现负压与 液体断流情况。保护方法按照管道的条件选择，采用的设 施根据水击分析的数据确定。
出现水击高压波时，通过阀门从管道中泄放出一定数量的 液体，而削弱高压波，防止水击造成危害。
泄放阀设置在可能产生高压波的地点，即首站和中 间泵站的出站端、中间泵站和末站的入口端。
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下游泵站发出指令，上、下游泵站立即采取相应保护动 作，产生一个与传来得水击压力波相反的扰动，两波相 遇后，抵消部分水击压力波，以避免对管道造成危害。 超前保护是建立在管道高度自动化基础之上的一项自动 保护措施。
5.5 水击现象
五、水击压强计算
控制体轴向合外力： ( p ph ) A pA ph A
控制体内流体轴向动量变化： m(v2 v1 ) Ac(dt)v 有动量方程：
ph A
Ac (dt )v
dt
Acv
得水击压强： ph cv
六、消除水击的措施
① ②
2．压缩恢复过程 压缩过程结束后，管道中压力比容器中压力高了 ph。在压力差ph的作用下，管道中的液体将以速 度 v 由管道流回容器内，如图（ b ）所示。与此 同时，这层液体的压力由p+ph恢复到正常的压力 p，管壁的膨胀也得到恢复，这种恢复以水击波 的传播速度 c 向管道末端 N-N 传播。从阀门关闭 时间算起，经过时间 t 2L / c 后，由 M-M 传播 到N-N断面，使整个管道都恢复到正常数值。该 过程是一个增速减压的压缩恢复过程。
④
3．膨胀过程(惯性作用) 压缩恢复过程结束后，液体并不能停止流动，在 惯性的作用下，液体还将以速度v 继续向容器内 流动，阀门N-N处液体首先减少，使其压力由p降 低到p-ph。因而液体密度减小，体积膨胀，管壁 相应收缩，同时液体的流动速度也降为零。这一 膨胀仍以水击波速度c向M-M断面传播,如图 （c） 所示。从阀门关闭时间算起，经过时间 t 3L / c 后， 使管道中的液体都处于膨胀状态，压力比正常情 况下的压力降低了ph。此过程为减速减压的膨胀 过程。
尽可能的延长阀门的启闭时间，缩短管道长度。
减小流速。（一般液压系统中最大流速限制在 5～7m/s 左右,给水管网中3m/s）。 采用过载保护，在可能产生水击的管道中装设安全阀、 调压塔、溢流阀和蓄能器等以缓冲水击压力。
③
增加管道弹性，例如液压系统中，铜管和铝管就比钢 管有更好的防水击性能，或采用弹性较大的软管，如橡胶 或尼龙管吸收冲击能量，则可更明显地减轻水击。
水击现象
水击现象水击是有压管道中的非恒定流现象。
当有压管道中的伐门突然开启、关闭或水泵因故突然停止工作，使水流流速急剧变化，引起管内压强发生大幅度交替升降。
这种变化以一定的速度向上游或下游传播，并且在边界上发生反射，这种水流现象叫作水击，交替升降的压强称为水击压强。
产生水击现象的原因是由于液体存在惯性和可压缩性。
水击现象的实质上是由于管道内水体流速的改变，导致水体的动量发生急剧改变而引起作用力变化的结果。
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。
电动水泵合电压起动时，在不到1s的时间内，即可从静止状态加速到额定转速，管道内的流量则从零增加到额定流量。
由于流体具有动量和一定程度的可压缩性，所以，流量的急剧变化将在管道内引起压强过压或过低的冲击，以及出现“空化”现象。
压力的冲击将使管壁受力而产生噪声，犹如锤子敲击管子一般，称为“水锤效应”。
水锤效应具有很强的破坏作用，可导致管子的破裂或疮陷、损坏阀门和紧固件。
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名系统急剧地停止，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。
5.5 水击现象概述
三、应用
水锤泵（又称水锤扬水机）就是利用水击压力变化反复工作的，
且不需要任何其它动力设备。
四、水击的传播过程
长度为 L的管道，上游M点连接水池，下游N点装有 闸门，水击前管道内的流动速度为v。 1．压缩过程 阀门突然关闭，首先在 N-N断面上液体停止了流动， 同时压力升高ph。然后相邻的另一层液体也停止了 流动，压力也相应升高ph。这种压力升高以水击波 的传播速度c由阀门N处一直向管道进口 M传播。经 时间 t L / c 传到管道进口，这时整个管道中压力 都升高到p+ph。液体受到压缩，密度增高，管壁膨 胀，这是一个减速增压的压缩过程。
4．膨胀恢复过程 膨胀过程结束后，由于容器内的压力高于管道内 的压力，在压差的作用下，液体以速度v 流向管 内,最先使管道进口M处的压力恢复到正常情况。 然后压力的恢复由 M断面以水击波的传播速度c 向N断面传播。从关闭阀门时算起，经过时 间 t 4 L / c ，完成了增速增压的膨胀恢复过程， 使整个管道中液体的压力、密度都恢复到了正常 值，完成了一个周期的水击变化过程。 由于流体的惯性作用，管中流体仍以速度v向下 流动，但阀门关闭，流体被阻止，于是又重复刚 才的过程。
水击简介 一、水击现象
当液体在压力管道中流动时，由于某种外界原 因（如阀门的突然开启或关闭，或者水泵的突然 停车或启动，以及其它一些特殊情况）液体流动 速度突然改变，引起管道中压力产生反复的、急 剧的变，这种现象称为水击（或水锤）。
二、危害
①水击现象发生后，引起压力升高的数值，可能达
到正常压力的几十倍甚至几百倍，而且增压和减 压交替频率很快，反复的冲击会使金属表面损坏， 打出许多麻点，轻者增大了流动阻力，重者损坏 管道及设备，使其产生变形，严重时会造成管道 的破裂。 ②压力的反复变化会使管壁及设备受到反复的冲击， 发出强烈的振动和噪音，尤如管道受到锤击一样， 故又称为水锤。
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3. 泄放保护 泄放保护是在管道的一定地点安装专用的泄放阀，当
出现水击高压波时，通过阀门从管道中泄放出一定数量的 液体，从而削弱高压波，防止水击造成危害。
泄放阀设置在可能产生高压波的地点，即首站和中 间泵站的出站端、中间泵站和末站的入口端。
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当管道末站阀门因误操作而全部关闭时，上游各泵
站当即接受指令顺序全部关闭。某一中间泵站突然关闭时， 则指令上游各泵站按照调节阀节流、关闭一台输油泵、关 闭两台输油泵……的顺序动作，同时指令下游泵站也按照 上述顺序动作。
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如果泵站装备调速输油泵机组，在调节阀节流与关闭一 台泵两种动作之间，尚可增加调速泵机组降速运转动作。 上述上、下游泵站调节阀的节流幅度，根据水击分析结果 确定。当各泵站采取的动作已达到水击分析结果所定压力 与流量要求时，即不再继续执行下一步保护动作。
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水击保护方法 水击保护的目的是由事先的预防措施使水击的压力波动 不超过管子与设备的设计强度，不发生管道内出现负压与 液体断流情况。保护方法按照管道的条件选择，采用的设 施根据水击分析的数据确定。
水击保护方法有管道增强保护、超前保护与泄放保护三 种。
1．管道增强保护 当管道各处的设计强度能承受无任何保护措施条件下水 击所产生的最高压力时，则不必为管道采取保护措施。小 口径管道的强度往往具有相当裕量，能够承受水击的最高 压力。
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2．超前保护
超前保护是在产生水击时，由管道控制中心迅速向上、
下游泵站发出指令，上、下游泵站立即采取相应保护动 作，产生一个与传来得水击压力波相反的扰动，两波相 遇后，抵消部分水击压力波，以避免对管道造成危害。 超前保护是建立在管道高度自动化基础之上的一项自动 保护措施。