阀门启闭时的水击问题及解决方法

当阀门为改变流量而开大或关小时，流体液柱动能的变化会造成管路中静压的瞬时变化。在液体中这种静压的瞬时变化常常随之引起管路振动，产生像锤击的声音，因而得名为水击。

这种压力的瞬时变化不是沿着整个管路同时立即发生的，而是从变化的起始点逐渐扩散开的。例如：当在管路一端的阀门快速关闭时，只有阀门部位的液体分子能立即感受到阀门的关闭。然后，液体分子中积聚的动能压缩液体分子并使相邻的管壁胀大，其部分的液柱仍以原来的速度流动一直到液柱平静为止。

压缩区向管路进口端扩张的速度是均匀的，并且等于管路内液体的声速。当压缩区到达进口管路末端时，所有液体就处于静止状态，但压力高于正常的静压。这个压差在这时产生了一个向相反方向的液流，从而解除了静压的升高和管壁的胀大。当这一压降波到达阀门时，整个液柱又重新处于正常静压之下，但液柱继续向进口管末端流动，从而从阀门处开始产生了一个低于正常压力的压力波。当这个压力波往返一周后，就恢复了正常的压力和起始的液体流动方向。这种往返一直要重复到由于摩擦和其他原因使液体动能耗尽为止。

儒可夫斯基确定的阀门快速关闭时管路静压力升为

Δｐ=ａｖρ

式中 Δｐ——相对于正常压力的压力升值；

ｖ——中断流束的速度；

ａ——压力波传递速度；

ρ——液体密度；

Ｋ——液体弹性模量；

Ｅ——管壁材料的弹性模量；

Ｄ——管路内径；(www.xing528.com)

ｅ——管壁厚；

Ｃ——管路限流系数（对非限流管路Ｃ=１.０）。

在使用Ｄ/ｅ之比为３５的钢管和水介质时，压力波速度约为１２００ｍ/ｓ（约４０００ｆｔ/ｓ）。当瞬时速度变化为１ｍ/ｓ时，静压的增量为１.２ＭＰａ；如果是英制１ｆｔ/ｓ时，约为５０ｌｂｆ/ｉｎ^２。

当阀门不是快速关闭，但其关闭时间是在压力波往返一次所需的时间２Ｌ/ａ之内时（Ｌ为管路的长度），第一次返回的压力波不能抵消紧接着流出的压力波，这时的压力升值类似阀门快速关闭时的压力升值，这种速度的关闭叫快速关闭。

如果阀门关闭时间大于２Ｌ/ａ，返回的压力波抵消了一部分流出的压力波，最大的压力上升就减小，这种速度的关闭称为慢速关闭。

如果是由于泵停止运转而引起的冲击压力，那么在计算该冲击压力时，必须把泵的性能参数和电流切断后泵速度的变化量考虑进去。

数学运算只能计算出简单情况的冲击压力值。较复杂的水击问题过去是使用压头速度曲线的图解方法来解决。由于这一问题变得更为复杂，图解就更麻烦，而且又很难保证精度。但是利用计算机就可较方便地解决这个复杂问题，而且精度很高。

更慢地关闭阀门可以避免由关闭阀门所造成的过高的冲击压力。为了达到最高的阀门关闭速度，同时又不致造成过分的冲击压力，就必须使阀门关闭时产生均匀的流速变化率。

在泵设施中，止回阀关闭时的冲击压力不像关断阀关闭时的冲击压力那样容易控制。止回阀是靠流动介质来操作，关闭速度要由阀门结构和滞止液柱的减速特性来决定。如果介质向前的流速为零时阀门仍是部分开启，则回流的流束会将阀门使劲关上。由于回流造成的阀门突然关闭就产生了一个冲击压力，这个冲击压力就加在由正向流束的减速早已产生的冲击压力上。

泵停止后，在液柱开始停滞之前，压力波必须传递到折回点，然后根据这一点的压力和液位来确定介质停滞的速度。因此，当止回阀与折回点间的距离较长，而折回点上的液位和压力较低时，该系统就可使用关闭较慢的止回阀。相反，如果止回阀与折回点间的距离较短，折回点压力较高，回流几乎是立即产生，则需要使用关闭速度极快的止回阀。在安装有多只泵的系统中，当有一只泵突然失效，就会产生立即回流的情况。