出现瞬变的原因

液压瞬变的原因是流体本身发生任何突然变化或加压系统边界发生任何突然变化，包括：

流体属性变化 — 如由于突然打开泄放阀、传播的压力脉冲、热电联供或工业系统加热或冷却、与固体或其他液体混合(可能影响流体密度，比重和粘度)，蒸汽气泡的形成和破裂（气蚀），以及系统中的空气夹带或释放（通风口处和/或由于压力波）而引起的减压。
系统边界变化 — 如快速打开或关闭阀门、管道爆裂（由于高压）或管道崩塌（由于低压）、水泵启动/切换/停止、真空断路器处进气、阀门处进水、泄压阀或消防软管处的质量出流、爆破盘破裂以及控制阀处的振荡和/或共振。

这些突然变化会产生一种瞬时压力脉冲，该脉冲会在每个可能的方向迅速远离扰动，并在整个加压系统中传播。如果压力波前没有触发其他瞬时事件，则非恒稳态流动条件将持续，直到瞬时能量被摩擦完全减弱并消散。

给排水系统中的大多数瞬变是系统边界变化的结果，通常发生在系统的上下游端或局部高点。因此，您可以通过适当的分析来降低系统损坏或故障的风险，以确定系统的默认动态响应，设计保护设备来控制瞬时能量，并指定操作程序来避免发生瞬变。分析、设计和操作程序全部得益于利用 Bentley HAMMER CONNECT 进行的计算机模拟。

出现瞬变的三个最常见原因或源设备都是移动的系统边界。

图 14-1：水力瞬变的常见原因

水泵 — 水泵的电机在轴上施加转矩，该转矩将能量传递给水泵的叶轮，迫使叶轮旋转，并在流体从水泵蜗壳的吸入侧流向排出侧时向流体添加能量。水泵将流体输送到系统的下游端，该系统的剖面可以是向上倾斜或向下倾斜，具有不规则性，如局部高点或低点。当水泵启动时，压力可能快速增加。每当电压突降或电源故障时，水泵就会减速或停止，压力突然下降会向下游传播（压力上升也会向吸入系统的上游传播）。

涡轮 — 水力涡轮位于管道（或压力管）的下游端，以吸收流动水的能量并将其转化为电流。从概念上讲，涡轮与水泵相反，但很少有水泵或涡轮可以在两个方向上运行而不会损坏。如果涡轮产生的电负荷被拒绝，闸门必须快速停止流动，从而导致压力大幅增加，并向上游（压力管中）传播。

阀门 — 阀门可以非常突然地启动、改变或停止流量。能量转换与阀门的关闭或打开速度以及位置或冲程成比例增加或减少。孔口可以用来节流，而不是部分打开的阀门。阀门还可以让空气进入管道和/或从管道中排出，通常在局部高点。突然关闭流量控制阀（两侧带管道）会在阀门两侧产生瞬态，如下所示：

最初流向阀门的水突然无处可去。当水挤进阀门上游的有限空间时，它会产生一个远离阀门向上游传播的高压脉冲。
由于水的惯性，最初从阀门流出的水不能突然停止，而且由于没有流量通过阀门来替代它，阀门下游的区域可能会抽成真空，从而导致低压脉冲向下游传播。

由不同源设备引起的瞬时条件的相似性为各种不同系统的瞬时分析提供了关键：了解系统的初始状态以及在系统中添加或移除能量和质量的方式。典型泵送系统的示例可以很好地说明这一点（请参见图 14-2：出现瞬时脉冲的典型位置）：

水泵(上游源设备)从静态水力坡度线启动并加速流动，直到其输入能量在恒稳态水力坡度线处通过摩擦达到动态平衡。
发生电源故障，水泵停止提供水力能量；因此，水力坡度线在水泵处快速下降，低压脉冲向下游传播到水库。在高点（最小瞬时水头）可能会出现低于大气压的压力，但水库通过根据需要接受或供应液体（通常在瞬时事件期间多次），将下游压力保持在其液位。

注释: 当水力坡度线下降到管道高程时，可以在局部高点安装真空断路器，以类似于水库的方式供应空气或从系统中排出空气。这有助于保持阀门处的大气压力，当空气进入时将低于大气压的压力降至最低，而当空气排出时通常会降低高压。
压力脉冲被反射到水泵，但它遇到关闭的止回阀（设计用于保护水泵免受高压影响），该止回阀将脉冲作为高压再次反射到水库（最大瞬时水头）。
在这种情况下，因为泵送已经停止，水库的流量为零，摩擦最终会衰减瞬时能量，系统达到最终恒稳态：静态水力坡度线。

上述讨论说明了分析水力瞬变时要考虑的典型概念。计算机模型是一种理想工具，可用于跟踪瞬态演变过程中的动量、惯量和摩擦力，并正确核算边界处质量和能量的变化。请注意，瞬态会在整个加压系统中传播。

图 14-2；出现瞬时脉冲的典型位置