直流水锤泵原理及推广应用实例

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1、直流水锤泵原理及推广应用实例王国平张承建摘要：水锤泵对我国山丘区农村人饮治旱等水利富民建设事业有较大实用价值，主要应用于具有微小水力资源条件的用水地区，当前作为节能推广产品在国内市场很有前景。本文简要介绍了直流水锤泵的工作原理、结构和性能以及在湖北省黄冈市山丘区农村饮水解困工程中的使用效果。关键词：直流水锤泵、液压水锤泵、水力站、水锤泵站、水轮泵站1概况在2001年8月举行的湖北省水利科技大会上，武汉润泽水利中心散发了近年来改进和发展了用于提水的直流水锤泵有关资料。黄冈市有9个山区县市近20万人饮水困难，急须各种有效的提水设备。全市年降水量在1200毫米以上，溪流众多，水

2、量充沛，这些资源通过兴建水锤泵站就可以解决一部分山丘区饮水困难与提水灌溉的现实需要。经协商，由武汉润泽水利中心无偿提供一台HR-50型直流水锤泵在黄冈市山丘区饮水解困项目点进行示范。第一个示范工程于2002年3月在罗田县凤山镇祝家山村民办光彩小学完成安装并投入使用。而后，又在麻城市三河口镇马王河村及周边山村完成二处示范点。总计三处典型示范工程均收到良好的效果，共为山地师生村民570余人提供自来水，受到当地师生和村民喜赞。图一直流水锤泵站系统的典型布置示意图2直流水锤泵的工作原理和提水性能水锤泵站是利用水锤压力提水的泵站，适用于山区小流量高扬程供水，由水锤泵及相应的水工建筑

3、物组成，为山区微型水力提灌泵站的一种新型式，通常也简称它为新式微型水力站或水力站。水锤泵站可分为直流水锤泵站和交流水锤泵站两大类型。目前大多数水锤泵站可归类为直流水锤泵站（如图一）。直流水锤泵站由微水力源、进水池、动力进水钢管（长管路）、控制阀门、直流水锤泵、扬水管、储用大池等组成。直流水锤泵是一种液压水锤泵，直接采用水锤效应用来开发水的落差进行扬水的水力机械，其最大特点是不需要专门的动力机，不需要燃料和电力，在有适当落差水头的情况下可连续地运转扬水。液压水锤泵自动供水设备是利用液压冲击原理和液压传动原理设计制造的水能转换装置，主机设备由脉冲发生器、能量耦合器和蓄能器三个

4、组件构成，这种水力泵实质上是利用水力能量传输特性的特种往复泵或泵组，在整体上构成特殊型式的变容式水力机械。落差水与被提升水两者水质相同的液压水锤泵为直流水锤泵（全称直流液压传动型水锤泵），落差水与被提升水两者水质相异的液压水锤泵为交流水锤泵（全称交流液压传动型水锤泵）。一种结构简单的直流水锤泵（如图二），脉冲发生器为带有进水口B、冲击阀D、增速阀盘G、输水口W的水锤泵底座A,能量耦合器为输水阀W,能器为不锈钢筒体F（以空气一水为工作介质的压力罐）。关于交流水锤泵，其能量耦合器属于特殊能量转换器，采用交流液压工作原理和液一液转换器的结构形式，限于篇幅，这里不作具体介绍。图二

5、直流水锤泵结构原理示意图r^i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。液压水锤泵（以下多处简称为泵）利用的就是液压冲击原理，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4P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

6、,管道液体的初始流速为V,液体密度为p,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：AP•A•T=pALV所以AP=pLV/T=CpV式中C=L/T,为压力波在水中的传播速度，取C=1400m/So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AP,并由能量守恒定律求水流初始速度V:mgH=mV・V/2,贝！JV=（2gH）°-5=（2*9.8*2）05«6.3m/s所以,突然关闭冲击阀门时产生的最大升高压力AP为：AP=CpV=1400*1000*6.3=8.8Mpa再计算把水提升100米所需的压力P

7、：P=pgh=1000*9.8*100=0.98Mpa可以看岀AP远大于P,所以从理论上说，若不计能量损失，利用液压冲击原理，可将2米落差水流的一部分水量通过泵提升到90来米的高处是不成问题的。简单地说，泵装置由泵室、泵座、蓄能器所组成。泵室中有两个阀：一个是排水冲击阀D,一个是输水阀W,双阀构成一个组合自动阀件。组合自动阀件在落差水流作用下自动启闭产生液压脉冲：由进水管引来的水进入冲击阀D后泄流。当泄流流速达到设计值,冲击阀D突然关闭，因此产生一个升压波，在此高压力下输水阀W开启，一部分运动着的水流入空气罐，然后再从空气罐流