水锤效应（Water hammer）是指在水力学中，当打开的阀门突然关闭时，导致封闭管道系统中的压力迅速上升，由于水流的惯性产生可能对管道和设备造成损坏的冲击波。通常发生在泵突然启动、停止或故障，泵速度变化，或管道系统内水流速度的突然开启或关闭时。类似地，关闭的阀门突然打开后也会产生负水锤，虽然破坏力较小。这种现象可能由低推力部件引起，因为它们无法保持阀门在接近阀座的位置，导致泵或阀门突然关闭，进而产生水锤效应。快速开启型流量特性的阀门也可能引起水锤效应。水锤效应可能导致管道破裂、损伤管子支架和管道接头，对阀门可能会导致阀芯严重振动，造成阀芯、垫片或填料失效。

定义

水锤效应是指在水力学中，当打开的阀门突然关闭时，由于水流的惯性产生的冲击波，是在封闭管道系统中的压力迅速上升的结果，导致水流产生破坏作用。通常是由于泵突然启动、停止（或故障）、泵速度变化或管道系统内水流速度的突然开启或关闭而引起的。类似地，关闭的阀门在突然打开后也会产生水锤，称为负水锤，虽然破坏力较小。当阀门接近关闭时，闭合元件会突然吸入阀座，这被称为溶缸闭锁效应。这种效应主要由低推力部件造成，因为该部件没有足够的推力来保持在接近阀座的位置，导致泵或阀门突然关闭，进而产生水锤效应。在一些情况下，快速开启型流量特性的阀门也可能引起水锤效应。

从技术上讲，由水锤效应引起的快速压力上升并不一定是问题，只要没有超过管道的承压能力，管道设计允许一定的过压和可以安装承受更高压力的阀门。但是不能在系统中反复出现严重的水锤效效应。管道也许能够在相对短的时间内吸收水锤效应带来的影响，但管道可能会因为系统的反复疲劳效安全性削弱，并可能在之后的某个时候发生破裂。

有关研究

分析液体管路流体动力可以更好的了解液体在管道中流动时的行为。以球阀为一个例子，球阀打开的过程中，阀芯开口处的流速达到最大值，但随着阀门逐渐关闭，流速和压力都会减小。而在球阀关闭过程中，流场变得更为复杂，阀芯开口处会形成涡流，导致流速先增大后减小，最大流速出现在阀门角度为30˚~60˚之间。球阀关阀过程中水锤压力会随着关阀时间的增加不断减小，当球阀关阀时间减小到一定数值后再 增加关阀时间对水锤压力的影响不再明显，故适当提高关阀时间可以很好地抑制水锤效应的影响。球阀在同样关阀时间下，采用匀速关阀相较于匀加速、匀减速关阀有着更小水锤压力，且匀速关阀压力变化过程更为平缓，故采用匀速关阀能更好地起到水锤防护的作用。

产生危害

虽然水锤效应会产生很大的噪音，但其实真正的损害是由机械失效造成的。由于水流动能急剧转化为静态压力，水锤会冲破管线、损伤管子支架和管线接头。对于阀门，水锤会导致阀芯产生严重振动，可能导致阀芯、垫片或填料的失效。生活中最常见的就是蒸汽管线上的膨胀节，在应用中膨胀节可以被看作一个弹性元件，用于释放热胀冷缩的热应力，在设备换热器上一般叫膨胀节，在管道上也可以叫波纹管。

解决方案

阀门流速

要解决水锤效应可以采取一些方法来调整阀门的关闭速度，或者为闭合元件提供更大的拉力和刚性。这有助于防止压力波动的产生，需要确保阀门在关闭时以均匀的速度进行动作，而不是突然关闭。在某些情况下，如果阀门的快速开启特性会引发水锤，应该考虑将其改为等百分比特性，以减少突变的可能性。对于需要在接近阀座时进行节流的控制阀，应该使用输出推力较大的部件，例如活塞式气动部件或液压部件。或者，在手动旋转操作器的行程套管上设置特殊缺口，以减少或避免溶缸闭锁效应。另外一种方法是在管线系统上采取防波动措施，可以使用压力泄放阀或缓冲桶来实现，同时还可以向系统中注入气体，因为气体的注入会降低流体的密度并提供一定的压缩性，从而处理突然的波动。

恒压技术

采用PLC自动控制系统，对机泵进行变频调速控制，对整个供水泵房系统操作实行自动控制。由于供水管网压力随着工况的变化而不断变化，系统运行过程中经常出现低压或超压现象，容易产生水锤，导致对管道和设备的破坏，采用PLC自动控制系统，通过对管网压力的检测，反馈控制水泵的开、停和转速调节，控制流量，进而使压力维持一定水平，可以通过控制微机设定机泵供水压力，保持恒压供水，避免了过大的压力波动，使产生水锤的概率减小。

水锤消除器

该设备主要防止停泵水锤，一般安装在水泵出口管道附近，利用管道本身的压力为动力来实现低压自动动作，即当管道中的压力低于设定保护值时，排水口会自动打开放水泄压，以平衡局部管道的压力，防止水锤对设备和管道的冲击，消除器一般可分为机械式和液压式两种，机械式消除器动作后由人工恢复，液压式消除器可自动复位。

应用领域

水锤泵是一种利用水的落差原理制成的提水机具，不需要电力或燃料。这种泵已经有200多年的历史，在经过人们的不断改进和实践后，其结构变得更加简单和合理，效率也得到了提高，选址要求也更加明确，水锤泵是一种具有“生命力”的提水工具。

参考资料

What Is Water Hammer?.dft-valves.2023-08-04

The Resonance Problem.sciencedirect.2023-08-04

球阀关阀过程对水锤效应的影响分析.hanspub.2023-08-08

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管道膨胀节在蒸汽管道中的工作原理.搜狐网.2023-08-08

如何预防和利用水锤效应，快来学习这篇!.PROCESS流程工业.2023-08-08

水锤泵及其应用.知网空间.2023-08-04