第六节　水锤作用

　【学习目标】

1.了解水锤作用产生的原理及危害。

2.熟悉水锤作用的分类。

3.掌握防止水锤作用的措施。

有压力的水，在管道（或水带）中流动时，由于外界因素（消防阀门、消防栓和水枪的迅速关闭、过往车辆碾压水带等原因），使管道、水带内水流流速突然减小，甚至瞬时停止流动，就会将原有的动能转化为压能作用在开关或碾压处的管壁或水带上，升高的水压对管道、水带等的作用如同锤击一般，这样的现象就称为水锤作用。

一、水锤作用产生的原理及危害

若将管道（或水带）中流动的水分为多个流水段考虑，由于外界因素，造成第一个流水段的流速瞬时减为零，此时发生水锤作用，第二个流水段受到第一个流水段阻挡后，第二个流水段给已停止的第一个流水段一个力的作用，第一个水流段也以一个同样大小的反作用力作用在第二个流水段上，同时有一部分作用力传到管壁或水带壁上，也使管壁或水带壁受压。以此类推，后方水流段相继不断被迫停止向前流动，形成了一个从开关到出水口整条供水线路普遍增压运动，这就是水锤波的传递。当水锤波传递到出水口时，整条供水线路内由水锤作用产生的压力就达到最高压力状态，这个最高压力状态可达几个或几十个大气压，可以是管壁、水带正常工作压力的几倍、甚至几十倍，极易导致管道、水带破裂、造成供水中断。

二、水锤作用的分类

水锤作用按关闭阀门或水枪的时间长短可分为直接水锤（或称完全水锤）和间接水锤（或称不完全水锤）两种，直接水锤的危害较大，间接水锤的危害较小。

（一）直接水锤

若关闭阀门或水枪的速度相当快，当关闭时间时，所产生的水锤称为直接水锤。直接水锤作用所引起的瞬时升高压力，可用式（1-6-1）计算：

　　（1-6-1）

式中　H——水锤瞬时升高的压力，mH2O；

　a——水击波传递速度，直径在200mm以下的钢管、铸铁管a=1200m/s，直径超过200mm的钢管、铸铁管a=1435m/s，新水带a=80m/s，旧水带a=120m/s；

　v——水锤前管道、水带内的平均流速，m/s；

　g——重力加速度，9.81m/s2。

例1-6-1　水带长180m（新水带），直径D=65mm，v=3m/s，接出1支开关水枪，在火场灭火时需转移阵地，关闭水枪的时间t=1s，试计算因水锤作用产生的瞬时升高压力。

解：由题意可知，a=80m/s。

（1）判别水锤性质

故为直接水锤。

（2）瞬时升高压力

答：因水锤作用产生的瞬时升高压力约为24.5mH2O。

（二）间接水锤

若关闭阀门或水枪速度不甚快，当关闭时间时，所产生的水锤为间接水锤。水锤作用而引起的瞬时升高压力可用式（1-6-2）计算：

　　（1-6-2）

　H——水锤瞬时升高的压力，mH2O；

　a——冲击波传递速度，m/s；

　v——水锤前管道、水带内的平均流速，m/s；

　L——管道、水带长度，m；

　t——阀门或水枪的关闭时间，s。

　例1-6-2　水带长180m（新水带），直径D=65mm，v=3m/s，接出1支开关水枪，在火场灭火时需转移阵地，关闭水枪的时间t=5s，试计算因水锤作用产生的瞬时升高的压力。

解：由题意可知，a=80m/s。

（1）判别水锤性质

故为间接水锤。

（2）瞬时升高压力

答：因水锤作用产生的瞬时升高压力约为20mH2O。

三、防止水锤作用的措施

通过水锤瞬时升高压力计算公式可以看出，水锤作用与管道材料、长度、流速有关，特别是关闭阀门、水枪的时间影响很大。在实际工作中，应缓慢关闭管道阀门和水枪，现场行车路线要详细划分，供水路线要做好必要的保护，避免行车碾压水带，引起水带爆裂，造成供水中断，使火势扩大。在日常消防设施建设中，适当增加管壁直径，以降低输水管线的流速，减少管道长度，在有条件的地方增设水锤消除装置，安装缓闭止回阀等。

思考与练习

1.水锤作用如何分类？

2.水锤作用的危害有哪些？

3.如何防止水锤作用的产生？