在本文的第一部分专栏中,我们将定义水锤和探索原因的事件。我们还将尝试获得视角产生的额外的压力。读第二部分,gydF4y2Ba请点击这里。gydF4y2Ba
水锤是什么?gydF4y2Ba
水锤(也waterhammer)是一个压力波动,可以出现在任何泵系统发生突然变化的流量和通常的结果从泵的启动和停止,阀门的开启和关闭,或水柱分离和关闭。这些突然的变化会导致全部或部分流水列接受一个动量的变化。这种变化可以产生激波之间来回旅行创建它的障碍和二次障碍。如果激波的强度高,会发生物理损坏系统。奇怪的是,水锤可以在低压应用中更多的关注。gydF4y2Ba
水锤是能量守恒的另一个例子和结果的速度能量转化为压力能。gydF4y2Ba
因为液体压缩性较低,产生的能量往往是高压力。gydF4y2Ba
也许想象水锤的最好方法是开始一个假想的例子。下面的图1展示了一个泵将水注入管道,泵开始时是空的。两个阀门,位于泵出口管的远端,完全开放和有能力关闭瞬间。管道、阀门和其他配件是完全非弹性,没有可能发生体积变化,不管压力。列流经管道的水还有一个完全平坦的前缘相匹配的横截面管的ID。当水柱的前缘到达下游阀门,关闭近光速和欺骗没有空气的水柱。gydF4y2Ba
图1gydF4y2Ba尽管前缘关闭阀,流入管持续接下来的几毫秒。就像停止流动,上游阀关闭(这一次真正的光速),和两者之间的水柱完全隔离阀。什么事件发生时的列罢工关闭,下游阀和为什么继续进入水管即使阀门是关闭?gydF4y2Ba
如果这列是一个列移动的金属代替水(当然,假设),可能会发生一些事情。根据其恢复系数(避免永久性损伤的能力),由于流动的动能(运动)可以转化为机械能的前缘金属柱粉碎反对关闭阀门。如果这发生,列来休息和保持不动阀。如果其赔偿足够高以防止破碎,相同的动能可以用来反方向的形式反弹。无论结果如何,“整个”金属柱来休息或反弹在相反的方向。这些事件都没有发生在水。gydF4y2Ba
水是一种几乎不可压缩的液体,似乎表明它是微可压缩。在环境温度,1 psi将减少其体积约0.0000034%。看起来很小,但体积越大,就越容易看到效果。例如,如果水没有压缩,海平面将比目前大约100英尺高的水平!在非常高的压力,说40000 psi,其压缩性增加约10%。但是,大部分水不只是水还含有空气,主要是氮(78%)和氧(21%)。否则,鱼就无法生存!溶气组成给定的体积约2%的未经处理的水,并添加大幅压缩。gydF4y2Ba
为什么gydF4y2Ba
是水和溶解气的压缩,导致水行为不同于金属柱。如果不是可压缩,其前缘将永久碾碎或整个列会向后反弹。当一个水柱的前缘罢工关闭阀它突然停止。自背后的水前缘仍在运动,它开始压缩。这个压缩沿整个长度的列允许少量的水继续流入管即使前缘已停止。流停止时,它的所有运动的动能,由于压缩转化为压力能。gydF4y2Ba
压缩开始的前缘水柱,因为它产生的附加能量不能继续过去的关闭阀,压力或冲击波生成并沿着阻力最小的路径传播,在本例中,是上游。成立类似于回波产生声波,穿过空气,罢工一个类似的障碍。当波击中上游阀,它反映下游但强度减弱。这来回运动一直持续到摩擦和反射损失导致波消失。一波的速度旅行,旅行期间失去的能量取决于介质的密度和压缩系数的旅行。水的密度和压缩系数使其冲击波生成和传播的媒介。gydF4y2Ba
液压冲击产生的压力波的特征类似于声波和旅行在一个相似的速度。水锤压力波所需的时间谈判管是管长度的长度除以声音在水中的速度(大约4860英尺/秒)。在水锤分析中,经常使用的时间常数描述波的发展从一开始二次障碍,然后回来。需要的形式Tc = 2 L / (L是管长度和波的速度,音速)。在一个1000英尺管,波能使一个完整的往返在不到半秒。gydF4y2Ba
由这个冲击波压力成正比的波速和管道中水流的速度。虽然下面的方程没有考虑管长度的影响,直径和弹性,它将提供一些见解产生的附加压力水锤压力波。gydF4y2Ba
P(额外)= aV / 2.31 ggydF4y2Ba
PgydF4y2Ba冲击波产生的附加压力,波速,gydF4y2BaVgydF4y2Ba是流水的速度在英尺每秒,管gydF4y2BaggydF4y2Ba是万有引力常数@ 32英尺/ sec2和2.31的压力转换常数。在管道5英尺/秒的速度²,创建的附加压力冲击波大约是328 psi。增加到10英尺/秒速度增加额外的压力,关于657 psi。很明显,系统设计,以适应这些压力增加往往破坏甚至毁灭。gydF4y2Ba
下个月我们将探讨水锤的三个主要原因和因素,导致产生的冲击波的大小。我们还将看到为什么水锤可以在低压系统更具破坏性。gydF4y2Ba