水锤的计算
隔膜气囊式水锤消除器性能参数计算公式
隔膜气囊式水锤消除器性能参数计算公式一、隔膜气囊式水锤消除器结构图1、法兰2、外壳3、伸缩内胎4、有孔内管5、内六角螺钉二、隔膜气囊式水锤消除器性能参数计算公式（1）总容量：L 单位：升L=π×[（D-20）²- （DN+20）²]×（L1-100）÷（4×1000000）其中：π=3.14D：水锤消除器外壳管径单位：毫米DN：水锤消除器公称通径单位：毫米L1：水锤消除器总长度（减去两端连接法兰厚度）单位：毫米（2）水流脉冲值（大概值）：Ps 单位：Kgt/cm³Ps=γ×14其中：γ：流速γ=21.23×Q÷DN² 单位米/秒Q：流量单位升/minDN：水锤消除器公称通径单位：毫米（3）最大冲击压Pb与常压P的关系：Pb/P=（Ps+P）/P其中：Ps：水流脉冲值（大概值）单位：Kgt/cm³（4）水击现象所产生的容量计算：A=（4×1000×λ）÷Q（0.0164L1-t）η其中：λ：容许水击压力（Pm）与常压的比值λ=Pm/P=1.5Q：流量单位升/minL1：水锤消除器总长度（减去两端连接法兰厚度）单位：毫米t：水异类开闭时间 t=0.2秒η：正系数η=0.5以隔膜气囊式水锤消除器DN150为例：（1）总容量：L=3.14×[（D-20）²- （DN+20）²]×（L1-100）÷（4×1000000）=3.14×[（325-20）²- （150+20）²]×（640-100）÷（4×1000000）=27.183（升）其它的性能参数可根据所安装的管道的流量值进行计算，流量与流速成正比关系，流速愈大时则流量愈大。
自来水管水锤及压力设计计算
0.6 公称壁厚 （mm）
4.2 4.8 5.4 6.2 6.9 7.7 8.6 9.6 10.7 12.1 13.6 15.3 17.2 19.1 21.4 24.1
公称压力PN,Mpa
0.8 公称壁厚 （mm）
1 公称壁厚 (mm)
1.25 公称壁厚 （mm）
4.3 5.3
6 6.7 7.7 8.6 9.6 10.8 11.9 13.4 15 16.9 19.1 21.5 23.9 26.7 30
4.5 5.4 6.6 7.4 8.3 9.6 10.7 11.9 13.4 14.8 16.6 18.7 21.1 23.7 26.7 29.7 33.2 37.4
4.7 5.6 6.7 8.1 9.2 10.3 11.8 13.3 14.7 16.6 18.4 20.6 23.2 26.1 29.4 33.1 36.8 41.2 46.3
球墨铸铁 管
0.05
98000
1 0.004 2060
10
0.3 #######
PE管
0.3
900
1 0.007 2060 10 0.6 140.77
PE管
0.2
900
1 0.006 2060 10 0.6 166.92
PE管
0.2
900
1 0.018 2060 10 0.6 277.98
PE管 PE管 PE管
管材
管内经 di(m)
管材弹性 模量Ep （MPa)
管端 固定 度c
管材 壁厚en
（m)
水体模 量k
（MPa)
水重密 流速变 度rw 化值∆v
压力波 速a
球墨铸铁 管
0.65
第九章水锤计算的解析法
第九章水锤计算的解析法第九章介绍了水锤计算的解析法。
在实际工程中，由于液体具有不可压缩性质，流体在管道中的快速停止或启动过程中会导致水锤现象的产生，造成管道或设备的损坏。
因此，为了减轻水锤对管道和设备的影响，必须对水锤进行计算和分析。
水锤的产生主要是由于流体的不可压缩性质和管道系统中存在的阀门、泵或其他设备的控制操作引起的。
当阀门突然关闭或泵突然停机时，流体会因为不可压缩性和管道的弹性特性而产生压力波动，从而引起水锤现象。
解析法是一种基于数学模型的计算方法，可以通过瞬态水力动力方程和其他相关方程来计算水锤的冲击压力和变化。
解析法的基本思想是将水锤过程分为几个阶段，并根据每个阶段的特点和方程来进行计算。
解析法的计算步骤如下：1.确定水锤过程的各个阶段。
水锤过程可以分为起动阶段、减速阶段和稳定阶段。
起动阶段是指在水锤开始时流体的速度从初始速度突然变为零的阶段；减速阶段是指流体从零速度逐渐恢复到稳定状态的过程；稳定阶段是指流体达到稳定流动状态后的过程。
2.确定各个阶段的关键参数。
关键参数包括流体的密度、管道的长度、管道的直径、阀门的关闭时间等。
3.根据水力动力方程和其他相关方程，建立起动阶段、减速阶段和稳定阶段的数学模型。
4.根据数学模型，求解出各个阶段的冲击压力和变化。
5.根据计算结果，判断水锤造成的冲击压力是否超过了管道或设备的承受能力，如果超过了承受能力，则需要采取相应的措施来减轻水锤对管道和设备的影响。
解析法的优点是计算过程相对简单，并且可以得到较为准确的结果。
然而，解析法也存在一些缺点，例如需要准确地测量和确定各个阶段的关键参数，这对于实际工程来说可能是困难的。
此外，解析法对于较为复杂的系统可能会有一定的局限性。
总之，解析法是一种计算水锤的有效方法，可以通过建立数学模型来计算水锤过程中的冲击压力和变化。
但是，在实际应用中需要注意确定各个阶段的关键参数，并且在计算结果的基础上采取相应的措施来减轻水锤对管道和设备的影响。
水锤泵工作原理计算
水锤泵工作原理计算泵是一种常见的机械装置，用于将液体或气体从一个地方输送到另一个地方。
而水锤泵是一种特殊类型的泵，它广泛应用于供水系统中，用于增压和输送供水。
本文将介绍水锤泵的工作原理和计算方法。
一、水锤泵的工作原理水锤泵是利用液体的冲击力和泵的控制系统来实现增压和输送液体的一种泵。
其工作原理可以总结为以下几个步骤：1. 泵启动：首先，水锤泵的电机启动，使得泵转子开始旋转。
泵的转子上装有叶轮，当转子旋转时，叶轮将液体吸入泵内。
2. 液体增压：液体在泵内被吸入后，随着转子的旋转，液体在泵内被压缩和加速。
这样，液体的压力将逐渐增大。
3. 泵出口打开：当液体的压力达到一定数值时，控制系统将打开泵的出口阀门，使得泵内的液体开始流出。
这时，液体在管道中被推动，从而实现了输送的目的。
4. 水锤发生：在液体流出管道时，由于液体的惯性作用和流速的变化，会产生水锤效应。
水锤效应是指液体流动时，速度和压力的突变引起的压力冲击。
5. 控制系统调节：为了避免水锤效应对管道和设备造成损坏，水锤泵内置有控制系统，可以通过调节阀门的开度和泵的转速来控制压力和流量，以确保系统的安全运行。
二、水锤泵的计算方法对于水锤泵的计算，常见的参数包括压力、流量和泵的功率等。
下面列举几个常见的计算公式：1. 流量计算：流量是指单位时间内液体通过泵的体积。
常用的计算公式为：流量 = 斜齿轮转速 ×有效工作容积。
2. 压力计算：压力是指液体在管道中的压力，也称为工作压力。
常用的计算公式为：压力 = 密度 ×重力加速度 ×高度差。
3. 功率计算：功率是指泵转子传输给液体的能力，也是衡量泵的耗能情况的指标。
常用的计算公式为：功率 = 流量 ×压力。
以上只是水锤泵工作原理和计算方法的简要介绍，实际运用中还需结合具体的设计和实际参数进行综合分析和计算。
不同类型的泵和管道系统可能有各自的特点和计算公式，需要根据具体情况进行选择和使用。
停泵水锤的计算方法重点讲义资料
停泵水锤计算及其防护措施停泵水锤是水锤现象中的一种，是指水泵机组因突然断电或其他原因而造成的开阀状态下突然停车时，在水泵及管路系统中，因流速突然变化而引起的一系列急剧的压力交替升降的水力冲击现象。
一般情况下停泵水锤最为严重，其对泵房和管路的安全有极大的威胁，国内有几座水泵房曾发生停泵水锤而导致泵房淹没或管路破裂的重大事故。
停泵水锤值的大小与泵房中水泵和输水管路的具体情况有关。
在泵房和输水管路设计时应考虑可能发生的水锤情况，并采取相应的防范措施避免水锤的发生，或将水锤的影响控制在允许范围内。
我院在综合国内外关于水锤的最新科研成果并结合多年工程实践的经验，以特征线法为基础开发了水锤计算程序。
这一程序可较好地模拟各种工况条件下水泵及输水管路系统的水锤状况，为高扬程长距离输水工程提供设计依据。
1 停泵水锤的计算原理停泵水锤的计算有多种方法:图解法、数解法和电算法。
其基本原理是按照弹性水柱理论，建立水锤过程的运动方程和连续方程，这两个方程是双曲线族偏微分方程。
运动方程式为：连续方程式为：式中H ——管中某点的水头V——管内流速a——水锤波传播速度x——管路中某点坐标g——重力加速度t——时间f——管路摩阻系数D——管径通过简化求解得到水锤分析计算的最重要的基础方程：H-H0＝F(t-x/a)+F(t+x/a) (3)V-V0＝g/a×F(t-x/a)-g/a×F(t+x/a) (4)式中F(t-x/a)——直接波F(t+x/a)——反射波在波动学中，直接波和反射波的传播在坐标轴(H，V)中的表现形式为射线，即特征线。
它表示管路中某两点处在水锤过程中各自相应时刻的水头H与流速V之间的相互关系。
为了方便计算机的计算，将上述方程组变换为水头平衡方程和转速改变方程，即成事故停泵时水泵的两个边界条件方程式：F1＝PM-BQv+H n(β2+v2)(A0+A1x)-ΔH0v2/(τ2)＝0 (5)F2＝(β2+v2)(B0+B1x)+m0-C3(β0-β)＝0 (6)式中β——N/N n(实际转速/额定转速)v——Q/Q n(实际流量/额定流量)通过上述两式的联立，采用牛顿—莱福生迭代公式，可以解出v和β的近似数值。
水锤泵工作原理计算
水锤泵工作原理计算水锤泵是一种利用水锤现象来产生压力并推动水流的设备。
它是利用一个由于阀门的突然关闭以及管道中水流速度的突变而产生的水锤效应，从而驱动水流向前运动。
水锤泵的工作原理可以通过两个方面来计算和理解：水锤产生的压力和水锤所产生的力。
首先，我们来计算水锤产生的压力。
当水流通过管道中的阀门突然关闭时，水流速度会急剧减小，从而引起水流动能的变化。
这个突然的速度变化将通过液体的势能转换为压力能，并导致管道中产生一个水锤波。
根据水锤波理论，当管道中的水锤波传播到另一端时，会产生一个峰值压力，称为“锤击压力”。
这个锤击压力可以通过以下公式计算：P = ρgh其中，P表示锤击压力，ρ表示水的密度，g表示重力加速度，h表示阀门关闭之前水流速度的高度差。
其次，我们来计算水锤所产生的力。
水锤力是由水锤波传播时对管道壁施加的作用力。
当水锤波传播到管道末端并反射回来时，会产生一个来回运动的水锤力。
水锤力的峰值可以通过以下公式计算：F = ρA(V1 - V2)其中，F表示水锤力，ρ表示水的密度，A表示管道横截面积，V1表示锤击之前水流的速度，V2表示锤击之后水流的速度。
根据水锤泵工作原理的计算公式，我们可以得到以下结论：1. 锤击压力和阀门在关闭前的水流速度的高度差成正比。
当高度差增大时，锤击压力也会相应增加。
2. 水锤力与管道横截面积和水流速度的差值成正比。
当水流速度的差值增大时，水锤力也会相应增加。
3. 水锤力的大小与管道横截面积的大小无关，只与水流速度的差值有关。
这些计算结果对于水锤泵的设计和运行有很大的参考价值。
通过合理地设计水锤泵的阀门关闭速度和管道横截面积，可以控制锤击压力和水锤力的大小，从而确保水锤泵的安全运行。
当然，除了以上的计算和理论，实际的水锤泵工作过程中还需要考虑许多其他因素，如管道材料的变形、流体的非理想性等。
因此，在实际应用中，水锤泵的设计和计算还需要结合具体情况进行综合考虑，以确保设备的可靠性和安全性。
水锤
水锤又称水击。
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。
长距离输水工程应进行必要的水锤分析计算，并对管路系统采取水锤综合防护计算，根据管道纵向布置、管径、设计水量、功能要求，确定空气阀的数量、型式、口径。
1水锤发生的原因与分类1.1引起水锤过程的原因(1)启泵、停泵、用启闭阀门或改变水泵转速、叶片角度调节流量时；尤其在迅速操作、使水流速度发生急剧变化的情况。
(2)事故停泵，即运行中的水泵动力突然中断时停泵。
较多见的是配电系统故障、误操作、雷击等情况下的突然停泵。
1.2水锤破坏主要的表现形式(1)水锤压力过高，引起水泵、阀门和管道破坏；或水锤压力过低，管道因失稳而破坏。
(2)水泵反转速过高或与水泵机组的临界转速相重合，以及突然停止反转过程或电动机再启动，从而引起电动机转子的永久变形，水泵机组的剧烈振动和联结轴的断裂。
(3)水泵倒流量过大，引起管网压力下降，水量减小，影响正常供水。
1.3.水锤的分类与判别(1)按产生水锤的原因可分为：关（开）阀水锤、启泵水锤和停泵水锤；(2)按产生水锤时管道水流状态可分为：不出现水柱中断与出现水柱中断两类。
前者水锤压力上升值△H通常不大于水泵额定扬程HR或水泵工作水头H0称正常水锤；后者当水柱再弥合时，水锤压力上升值较高，常大于HR或H0，是引起水锤事故的重要原因，故称非常水锤。
所谓水柱中断，就是在水锤过程中，由于管道某处压力低于水的汽化压力而产生，即：Pi/γ+Pa/γ≤Ps/γ(1-1)式中： Pi/γ—管道中某点的压力（M）；Pa/γ—大气压力（M）；Ps/γ—水的饱和蒸汽压力（绝对压力），在常温下取2-3M；γ—水的容重。
(3)对于关（开）阀水锤，与关（开）阀时间T。
有关可分为：直接水锤：Tc＜Tγ（1-2）间接水锤：Tc＞Tγ (1-3) 式中：Tγ—水锤相（秒），见公式（1-12）。
水锤压力计算之欧阳文创编
水锤压力计算
（1）根据小水电运行情况,水锤压力计算按以下两种工况计算：
a. 水库正常蓄水位 2180.0m 时，机组突然丢弃全部负荷。
b.小水电运行限制水位 2178.0m 时，机组由空转至满负荷运行。
（2）水锤计算基本公式：
a. 钢管中水锤波传播速度α值：
式中 1425—声波在水中的传播速度（m/s ）；
ε—水的弹性模量，ε=2.1×104（kg/cm 2）；
E —管壁的弹性模量，E 钢=2.1×106（kg/cm 2）；
D —压力管道的内径（mm ）；
δ—管壁厚度（mm ）。
b. 水锤波在水管中传播来回一次所需时间：
式中 L —压力钢管总长度（m ）；
δ
εαD
E +=11425
α
L t r 2=
α—水锤波传播速度（m/s ）。
c. 压力水管特性常数：
式中 ρ、σ—钢管特性常数；
H —水电站的静水头（m ）；
V —钢管中水流流速 （m/s ）；
Ts —导叶关闭时间 Ts=5s 。
(3) 经过计算判断得压力钢管内水锤为间接水锤，最大值为极限水锤，水锤压力沿程分布计算成果见表
1.3.1。
压力钢管水锤压力计算成果表
表1.3.1
(4)水锤压力沿程分布曲线见附图1.1.1。
gH
V
2αρ=gHTs LV
=
σ。
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水锤的计算
电站有压引水系统中，由于管道阀门突然启闭或水轮机突然失去负荷等原因，将引起压力管道、水轮机蜗壳的等压强和流速等水力要素随时间急剧变化。
明渠或河道中，因暴雨径流、潮汐、溃坝、闸门启闭、水电站或水泵站的调节以及地震影响等，都会引起明渠或河道上下游水位、流量等水力要素随时间的变化，这些都属于非恒定流现象。
从物理本质上讲，上述有压管道或明渠的非恒定流都属于某种扰动引起水流中流速、压强、流量、水位等水力要素的变化，并沿管道或明渠的上下游发展的现象。
在物理学中把这样的扰动在介质中的传播现象称为波。
有压管道和明渠中的非恒定流就是这样一种波，波所到之处，破坏了原先的恒定流状态，使该处的水力要素随时间发生显著变化。
由于有压管道没有自由表面，非恒定流现象表现为压强和密度的变化和传播，因此需要考虑液体的可压缩性和管壁弹性变形的影响。
而明渠水流有自由表面，非恒定流现象表现为水位、流量的变化和传播，液体的密度可视为常数。
可见，这两种波传播特点是不一样的，有压管道非恒定流产生的波要以弹性波的形式传播，水流运动过程中起主要作用的力是惯性力和弹性力；而明渠非恒定流主要以重力波的形式传播，水流运动过程中起主要作用的力是惯性力和重力。
两者的共同点是流速和流量均随时间发生显著变化。
本章先研究有压管道非恒定流。
在有压管道系统中，由于某一管路元件（如阀门）工作状态的突然改变，导致液体的流速发生急剧变化，同时引起管内液体压强大幅度波动，这种压强波动在管道中交替升降来回传播的现象称为水击现象。
由于发生水击现象的同时，可能伴随着发生锤击管壁般的响声，故水击又称水锤。
水击可能导致管道系统强烈振动、出现噪声和气穴，甚至使管道严重变形或爆裂。
管道系统中阀门的突然开启或关闭、管道系统中水泵的突然停机、水电站在运行过程中由于电力负荷的突然改变而迅速启闭导水叶或闸阀等，都是工程实际中常见的水击现象。
另外在水电站引水系统中，为了削弱水击影响的强度和范围，常在引水系统中设置调压井。
当改变机组流量的同时，从水库到调压井的系统（常称为调压系统）中，会出现水体及调压井水面的来回振荡现象，即调压系统水位波动现象。
其产生的原因是当外界负荷降低，出口闸阀关闭时，调压井上游管道中的水流因惯性作用会继续向下游流动，水流流入调压井之后，会使调压井水中的水位上升到某一高度，由于调压井水位高于水库水位，水体又会作反向流动，从调压井流向水库，调压井中的水位开始回落，降低到最低点后，又会再度回升，从而出现反复的来回振荡。
由于有摩阻影响，来回振荡会逐渐衰减，最终趋于稳定。
自然界和工程技术当中，液体的振荡现象是比较常见的，如潮汐作用会使多个连通水域之间产生这种液体的振荡。
发生水击时，水击压强的升降可以达到较高的数值。
通常，阀门关闭，管中流速减小，压强增大，这时发生的水击称为正水击；阀门开启，管中流速减大，压强增小，这时发生的水击称为负水击。
在水电站和水泵站的设计中，常需进行水击压强的计算，以确定管道中的最大压强和最小压强。
设管道正常输水恒定流时管道压强为，由水击引起的压强增值为，称为水击附加压强，简称水击压强，则发生水击之后管道的压强应该是两者的和，即。
最大压强是压力管道、水轮机蜗壳和机组强度设计创依据，而最小压强值则是布置引水管道、校核引水管道是否发生真空现象以及检查尾水管内真空度大小的依据。
本章重点介绍水击现象的物理过程和水击压强的计算.
第一节水击现象
一、阀门突然关闭时的水击
有一简单管道如图9—1所示，进口端与水库相接，出口端设一阀门调节流量，管道长度为。
为使问题简化，假定管道水平，并忽略摩阻影响及流速水头，此时，则管道恒定流情况下的测压管水头线就是一条水平线。
设阀门全开时，管中水流为恒定流，流速为，
压强为，相应的断面总能量为。
现在阀门突然完全关闭，当不考虑液体压缩性及管壁弹性时，整个管路中水流的流速应同时变为零，而且在水流惯性作用下，整个管路的压强也要同时升至无穷大。
但实际情况并非如此，关闭阀门总需要一定的时间，同时，液体具有粘滞性，管壁具有弹性，这就对水击起了缓冲作用。
所以，实际上管路中的流速并不是同时变为零，压强也不是整个管路同时增大，而是从阀门断面开始向上游一个断面一个断面地逐渐传递，即压强从阀门断面开始一个断面一个断面地升高。
具体来讲，阀门突然完全关闭，紧邻阀门上游微分长度管段内的便立即停止流动，流速由急剧减至零，使得阀门处的压强瞬间增大，这时便发生了两种变形，管段内的水体受到压缩，密度增大，而同时管壁因压力增大而膨胀，过水断面正大。
此时，管段上游的水流并未受到阀门关闭的影响，仍然以速度继续向下游流动，以补充因水体压缩管壁膨胀而多出来的那一部分体积，当这部分体积被上游来水充满之后，管段内水流速度很快变为零，继续流来的水体遇到管段就像碰到完全关闭的阀门一样。
同样的道理，紧贴断面的上游又将有一微分管段流速变为零，水体被压缩，管壁膨胀。
如此看来，断面逐渐向上游传播，直至到达水库断面。
此时，整个管路压强增大了，液体被压缩，管壁膨胀，管中流速为零。
这种现象实际上是扰动波在弹性介质中的传播现象，阀门的突然关闭产生了一种扰动，这种扰动的影响只有通过弹性波才能传播到各个断面，也就是说弹性波传到那个断面，那个断面才会有流速和压强变化，这种由水击产生的弹性波就称为水击波。
在上述情况下，水击波的传播使压力升高，而传播方向又与恒定流时的水流方向相反，故称为增压逆波。
设水击波的传播速度为，由于忽略摩阻影响，故水击波速在传播过程中速度大小保持不变。
已知管长为，则阀门处产生的水击波由端传到端所要的时间为，时段称为水击波传播的第一阶段，其特点是：阀门瞬时完全关可以看到，在瞬时，阀门端产生的水击波恰好到达断面，此时，全管水流处于瞬时静止和高压状态，管道任一断面的压强为。
这就造成了断面两侧水体能量不等，左侧为，右侧为，于是管道中静止的水体开始向水库方向流动，流速将由零变为。
因为第一阶段的压强增量是由流速差产生的，根据动量守恒原理，在同样压强增量作用下，产生的流速大小也应该为，只是方向相反而已。
反向流速产生后，管道中被压缩的水体从断面开始逐段解除压缩状态，水体密度及管壁均恢复正常。
此时，全管水流以速度向水库方向运动，这相当于来自断面增压逆行波在到达断面的瞬时立即反射为减压波，向断面传播，此反射波所到之处，与第一阶段的增压波相迭加，使管中水流压强、水体密度与管道过水断面面积均恢复到正常状态。
减压波自断面向断面传播过程称为水击波传播的第二阶段，所需历时仍为。
在时段内，水击波发展到第二阶段。
由于水击波传播方向与恒定流时的水流方向相同，故称为减压顺波。
闭，紧贴阀门的断面压强首先升高，并向上游传播，水击波所到之处，流动停止，压强升高，密度增大，管壁膨胀。
由于上游水库容量很大，可以认为水位不受管道流量变化的影响，发生水击期间，断面处水库一侧的水位保持不变，即水体能量保持不变.
本文来自: 泵阀技术论坛详细文章参考：/thread-3654-1-2.html。