停泵水锤分析及防护措施

由于压力管路中流速的突然变化，引起管中水流压力急剧上升或降低的现象称为水锤或水击。水流是具有惯性的，在泵站中，当水泵突然启动、停止或为调节流量而起用阀门，都将使水流速度发生变化而产生惯性力，惯性力的大小等于水流质量m与加速度的乘积，方向与加速度方向相反。在出水管路中，这个惯性力就表现为水锤压力。停泵水锤所产生的水锤压力往往较大，一般可达正常压力的1.5～4倍或更大，破坏性强，常造成意外损失。所以对停泵水锤必须进行认真分析，并做出较精确的计算，以便采取必要的防护措施。

在泵站系统中，泵的特性即作为管路起始一端的边界条件。现在分析一下管路不设逆止阀，管路出口也不设拍门，当事故水锤发生时，泵出水侧闸阀无法及时关闭，管路内水倒流时的水锤过程（或称水力过渡过程），如图3-4所示。

图3-4　无逆止阀时水泵出口处水力过渡过程线(www.xing528.com)

（1）水泵工况：停电后，水泵和管中水流由于惯性继续沿原方向运动，但其速度逐渐减小，泵出口处压力降低，直至水流速度由v0 变为零为止，这一阶段称为“水泵工况”。

（2）制动工况：瞬态静止的水，由于受动水头或静水头作用，开始倒流，回冲水流对仍在正转的水泵起制动作用，泵转速降低，直至转速为零。因泵中正转叶轮对倒流水有阻力，则泵出口处的压力上升。

（3）水轮机工况：随着倒泄水流的加大，水泵开始反转并加速，由于静水头压力的恢复，泵中水压力也不断升高，倒泄流量很快达到最大值，倒转速度因此而迅速上升。但随着叶轮转速的升高，它作用于水的离心力也越大，阻止水流下泄，使倒泄流量有所减小，作用于叶轮的流量相应减小，因而使转速略有降低，最后在稳定的出水池静水头作用下，机组以恒定的转速和流量稳定运行，此时机组的输出转矩M＝0。相应这时的稳定转速叫做飞逸转速，从机组开始反转至达到飞逸转速叫水轮机工况。