消除水錘，保護泵系統

“水錘”一詞用于描述管道系統內的壓力波動。水錘有多種機制和觸發器，對特定安裝中導致現象的原因有清楚的了解是確定正確解決方案的關鍵。

發生水錘現象的原因之一是，泵系統中液柱的前緣遇到堵塞，例如閥門突然關閉。發生這種情況時，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，仍有少量流體繼續進入管道。當水壓縮時，系統中水的動能轉化為壓力能。

該壓力能量無法繼續通過系統中的阻塞。取而代之的是，管道中水壓縮產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閉。當管道系統中的液態水柱被分離并隨后再次關閉，從而產生破壞性的沖擊波時，就會發生這種情況。這可以發生在兩相系統中，在該系統中水會改變狀態，并且可以在相同的密閉空間中以液體和蒸氣的形式存在。

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

水錘的各種原因有許多觸發因素。泵的啟動和停止會導致水錘通過這兩種機制。

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

不管原因如何，由水錘現象產生的壓力增加都可能對任何無法承受壓力的系統造成重大損害，從而導致管道爆裂，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 =系統中產生的附加壓力
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（大約32 ft / s2 ）

管道中的閥門會立即關閉（水錘的主要原因之一），從而停止系統中的水流。

使用公式P _（附加） = aV /2.31g，很明顯在管道內會產生每平方英寸（psi）額外的657磅壓力。如果系統的設計不能應對額外的壓力，則可能會對閥門，管道和/或泵造成嚴重損壞。

尋找解決方案

解決水錘問題需要減輕其影響或防止其發生。設計泵系統時，有許多解決方案要考慮。

壓力罐，調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。

控制閥門關閉時間是一種解決方案。如前所述，突然關閉閥門是造成水錘的主要原因之一。在抽水系統中發揮作用的許多變量中，閥門關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顯示了閥門關閉時間與水錘壓力波動幅度之間的關系。

P = 0.07（VL / t）
公式2

其中：
t =閥門關閉時間（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）

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

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

可以手動或通過電動閥來控制閥門的關閉。

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。電子馬達控制設備（例如軟起動器和變速驅動器（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閉。

泵的受控啟動和停止還具有其他優勢，包括減少系統上的機械應力以及由直接在線（DOL），跨線（ATL）和機電啟動引起的機械應力。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保護功能以及監視和控制選項。

這些受控的啟動和停止方法提供的可能的保護示例包括：