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1、水锤泵原理及其应用1.水锤泵概述水锤泵作为一种节能提水工具,非常适合缺电、无电山区、半山区用于提供生活用水和农田灌溉,在水源丰富的地区,也可以利用水锤泵提水蓄能,进行微型发电。水锤泵结构简单,操作方便,经久耐用,便于维护。并且不需要任何能源,就能昼夜不停地每天将1.6～600m3的水,自动地输送到2km范围内,相当落差的2～20倍的高处。2.水锤泵原理水锤泵是利用水锤效应,即上下水位落差的水流为动力,由于水在管内流动突然受阻,产生比正常压力高10倍以上的瞬间水锤压力而实现提水。水锤泵主要由进水管、泵体、冲击阀、单向阀、压力罐和
2、出水管六部分组成。在水锤泵工作前,冲击阀在自身重力作用下打开、单向阀在自身重力作用下关闭。开机后,有一定落差的流水通过进水管,经打开的冲击阀向外流出。由于进水管有一个小的倾角,水会越流越快,当流水对冲击阀的冲击力大于冲击阀自身的重力时,在水流冲击压力作用下,冲击阀突然关闭,水流突然受阻而停止,泵座流道内便产生强大的水锤压力,发生水锤现象。此时泵内的水压急剧上升,迫使单向阀打开,泵座内的一部分水很快冲人缓冲筒内使空气压缩,部分水由排出管排出。泵座内由于部分水冲人缓冲筒而产生局部真空,单向阀在上下压差和自重的作用下自动关闭。筒内的
3、压缩空气膨胀,把筒内水继续排出。单向阀在自身重力和压力罐内水压的共同作用下自动闭合,冲击阀在自身重力作用下自动开启,进水管中的水又开始经冲击阀向外流出,上述动作周而复始、自动运行。因为压力罐内的水只进不出,所以压力罐内的压强会越来越大,当压力罐内的压强大于出水管内的压强时,水就会从高处的出水口流出，水锤泵就能连续自动提水。这是一种不需要其他动力的提水机械。3.水锤泵的水力学计算在液压系统中，由于某种原因，液体压力瞬间突然升高，产生很高的压力峰值，这种现象称为液压冲击。液压冲击的峰值压力往往比正常压力高出许多倍。水锤泵利用的就是
4、液压冲击原理，即水流在正常流动的过程中，突然关闭出水口阀门，就会在泵体内产生很大的冲击力。利用这个冲击力，就可以把水送到高处。液压冲击是非定常流动，压力波以速度C沿进水动力管道（长引水管）来回传播。在水锤泵设计中，一般都是利用阀门突然关闭后管道压力最大升高量ΔP作为泵的扬水动力。由于液压冲击为一衰减过程，故研究压力升高第一波传至管道入口时的情况。假定管道断面积为A，管长为L，管道液体的初始流速为，液体密度为ρ，压力波从排水冲击阀门传至上游供水池的进水口的时间为t，对这段时间运用动量方程，，所以，。式中，为压力波在水中的传播速度
5、，取c=1400m/s。可以计算水从2m高处经长引水管进入水锤泵后，突然关闭排水冲击阀门产生的最大升高压力ΔP，并由能量守恒定律求水流初始速度，，则。所以,突然关闭冲击阀门时产生的最大升高压力ΔP为，。再计算把水提升100米所需的压力，可以看出ΔP远大于P，所以从理论上说，利用液压冲击原理，将2米落差水流的一部分水量通过水锤泵提升到百米的高处是不成问题的。4.水锤泵使用条件（1）有充足的水源。低水头水源要充足，尽可能长年有水流，水量不大时，可以筑蓄水池，以满足0.5~27L/s的流量要求，并根据水源大小选择水锤泵型号。（2）水
6、流有一定的落差。水流落差应在1.5～10m，最好为4m左右，山坑、溪流、水库大坝外侧或引渠人造落差均可。进水落差与出水扬程成正比，出水扬程与出水流量成反比。5.泵的安装条件（1）泵基：小口径系列水锤泵可采用水泥预制件泵基安装比较方便，中、大口径水锤泵应采用现场水泥浇注泵基安装更为牢固。（2）进出水槽：应在同一条直线上，并根据水锤泵口径大小保证足够的蓄水容量，进水槽进出水口应安装滤网。（3）进出水管：进水管长度与落差应严格按照8：1的比例，并确保与泵体垂直方向安装。条件许可的情况下进水管道应埋在土下，如悬空安装，则每隔3m筑一水
7、泥墩固定。为增加出水扬程高度，出水管可进行变管处理。5.性能水锤泵的提水量取决于落差、扬程、进水量、进出水管直径、效率等多种参数。利用BORDA技术制造的3种型号水锤泵的提升倍率与出水量的关系见表1。理论上讲水锤泵的提水高度可以达到落差的30倍,实际上要根据具体情况确定合理的扬程。以630型为例,提升倍数从2增加到10时,提升倍率与出水量的乘积从10.84增加到20.8,增加近92%,而提升倍率从10增加至20时,此乘积从10.84增加至12.5,仅增加20%。可见选择合理的提升倍率是发挥水泵潜能的一个关键因素。试验表明,在一
8、定工作水头下,排水阀的开关频率影响出水量的大小,630型水锤泵的工作频率在20次/min左右为宜。水锤泵的工作寿命最长可达100年以上,其易损件仅为橡皮垫、密封件、排水阀门螺栓。6.效率据资料介绍，水锤泵的冲击阀开关次数最好不少于40次/分。从水锤泵的工作过程可以看出，要使泵
