水锤效应及其对水泵管道系统的破坏和解决方案

1.水锤效应

（1）起动时的水锤效应 异步电动机在全压起动时从静止状态加速到额定转速，所需时间只有0.25s。这意味着在0.25s的时间里，水的流量从零猛增到额定流量。由于流体具有动量和一定程度的可压缩性，因此在极短时间内流量的巨大变化将引起对管道的压强过高或过低的冲击，并产生“空化现象”。压力冲击将使管壁受力而产生噪声，犹如锤子敲击管子一样，称为水锤效应。

图8-12 水泵装置的工作点

水锤效应具有极大的破坏性，即压强过高，将引起管子的破裂；反之，压强过低，又会导致管子的瘪塌。此外，水锤效应也可能损坏阀门和固定件。

图8-13 水泵的全压起动和变频起动

a）全压起动 b）变频起动

（2）停机时的水锤效应 如果切断水泵电源，使之自由停机，供水系统的水头将克服电动机的惯性而使水泵急速停止。这也同样会引起压力冲击和水锤效应。(www.xing528.com)

2.产生水锤效应的原因 产生水锤效应的根本原因，是在起动和制动过程中的动态转矩太大。因为在电力拖动系统中，决定加速过程的是动态转矩T_J：

T_J=T_M-T_L （8-4）

异步电动机和水泵的机械特性如图8_-13a所示。图中，曲线①是异步电动机的机械特性；曲线②是水泵的机械特性；阴影部分便是动态转矩T_J。

由图8-13a可知，水泵在直接起动过程中，电力拖动系统动态转矩T_J是很大的，所以加速过程很快。

3.水锤效应的消除 采用了变频调速后，可以通过对升速时间的预置来延长起动过程，使动态转矩大为减小，如图8-13b所示。图中，曲线簇①是异步电动机在不同频率下的机械特性；曲线②是水泵的机械特性；中间锯齿状的阴影部分是升速过程中的动态转矩（即不同频率时的电动机机械特性与水泵机械特性之差）。

在停机过程中，同样可以通过对降速时间的预置来延长停机过程，使动态转矩大为减小，从而彻底消除了水锤效应。

水锤效应的消除，无疑可以大大延长水泵及管道系统的寿命。