水电站的水锤与调节保证计算
青羊沟水电站水锤及调节保证计算精选全文
可编辑修改精选全文完整版青羊沟水电站水锤及调节保证计算1概述青羊沟水电站工程位于甘肃省酒泉市肃北蒙古族自治县鱼儿红乡境内的疏勒河干流上，为甘肃省境内疏勒河干流昌马水库以上河段水电开发规划中的梯级电站之一。
电站厂房距玉门镇约109km，距玉门市昌马乡38km，距肃北县鱼儿红乡政府约52km，对外交通便利。
电站采用有压引水式开发方式，是以发电为主的日调节中型水电站工程，电站额定水头116m。
主厂房装设2台单机容量为23MW（以下称大机）和1台单机容量为10MW（以下称小机）共3台混流式水轮发电机组，并要求大、小机在运行水头介于116m至133.42m范围内能超额定出力运行，其超额定出力范围为10%（机组具有10%的超发能力），即大机为26.356 MW、小机为11.583MW。
电站保证出力为10.23MW，多年平均年发电量为2.131亿kW.h，装机年利用小时数为3805h。
电站引水发电系统由进水口、引水发电隧洞、调压井、压力管道主管、压力管道支管组成，水流通过水轮发电机组后由尾水渠流入河道。
引水发电隧洞长7177.59m，设计流量55.3m3/s，隧洞为圆形有压洞，纵坡1/265.837，洞径D=4.6m，设计流速3.33m/s。
调压井布置于副厂房上游侧，调压井型式为阻抗式调压井，竖井内径10.0m，阻抗孔直径1.98m，底部高程2286.00m，顶部高程2335.50m。
调压井底部垂直接压力管道主管，压力主管由垂直管、弯管和水平管组成，其中垂直管长85.5m，弯管长18.85m（R=12m，a=900），水平管长205.65m，主管总长310m，主管内径4.0m（暂定），设计流速4.40m/s。
压力主管末端3条支管为“卜”型布置，1#大机支管长31m，内径2.5m，2#大机支管长24m，内径2.5m，3#小机支管长30m，内径1.6m。
厂内安装2台23MW和1台10MW共3台混流式水轮发电机组，水轮机型号分别为HLA685－LJ－177和HLA685－LJ－122；单机引用流量22.65m3/s和10m3/s，额定水头116m。
水锤计算方法【范本模板】
第一节概述一、水电站的不稳定工况机组在稳定运行时，水轮机的出力与负荷相互平衡，这时机组转速不变，水电站有压引水系统(压力隧洞、压力管道、蜗壳及尾水管)中水流处于恒定流状态。
在实际运行过程中,电力系统的负荷有时会发生突然变化(如因事故突然丢弃负荷，或在较短的时间内启动机组或增加负荷)，破坏了水轮机与发电机负荷之间的平衡，机组转速就会发生变化。
此时水电站的自动调速器迅速调节导叶开度,改变水轮机的引用流量,使水轮机的出力与发电机负荷达到新的平衡，机组转速恢复到原来的额定转速.由于负荷的变化而引起导水叶开度、水轮机流量、水电站水头、机组转速的变化，称为水电站的不稳定工况。
其主要表现为：（1）引起机组转速的较大变化由于发电机负荷的变化是瞬时发生的，而导叶的启闭需要一定时间，水轮机出力不能及时地发生相应变化,因而破坏了水轮机出力和发电机负荷之间的平衡，导致了机组转速的变化.丢弃负荷时，水轮机在导叶关闭过程中产生的剩余能量将转化为机组转动部分的动能，从而使机组转速升高。
反之增加负荷时机组转速降低。
(2) 在有压引水管道中发生“水锤”现象当水轮机流量发生变化时，管道中的流量和流速也要发生急剧变化，由于水流惯性的影响，流速的突然变化使压力水管、蜗壳及尾水管中的压力随之变化，即产生水锤。
导叶关闭时，在压力管道和蜗壳中将引起压力上升,尾水管中则造成压力下降。
反之导叶开启时，在压力管道和蜗壳内引起压力下降，而在尾水管中引起压力上升.（3）在无压引水系统(渠道、压力前池）中产生水位波动现象.无压引水系统中产生的水位波动计算在第八章已介绍。
二、调节保证计算的任务水锤压力和机组转速变化的计算，一般称为调节保证计算。
调节保证计算的任务及目的是：(1）计算有压引水系统的最大和最小内水压力。
最大内水压力作为设计或校核压力管道、蜗壳和水轮机强度的依据之一;最小内水压力作为压力管道线路布置、防止压力管道中产生负压和校核尾水管内真空度的依据。
水电站的水锤与调节保证计算
水管进口
L 压
力 管
水轮机 Hg 主阀
道
水锤前稳定工况（恒定流）：
平均流速: V 0
电站静水头: H g
管内水压力： P 0
讨论阀门关闭时的水锤
第一节 水锤现象及传播速度
Hg
Hg
二、水锤及其传播过程 ❖ 0~L/a: 升压波
由阀门向水库传播，水库为异号 等值反射。（惯性） ❖ L/a~2L/a: 降压波 由水库向阀门传播，阀门为同号 等值反射。（压差） ❖ 2L/a~3L/a: 降压波 阀门→水库。 （惯性） ❖ 3L/a~4L/a: 升压波 ❖ 水库→阀门。（压差）
❖ 应满足的前提条件：水管的材料、管壁厚度、直径 沿管长不变。
❖ 水击连锁方程用相对值来表示为：
tAtD t2(vtAvtD t)
tD tA t 2(v tD v tA t)
二、水锤的连锁方程
D
Lat
❖ 若已知断面A在时刻 t 的压力为HtA，流速为VtA ，两个通 解消去 f 后，得：
H tAH gc g(V tAV 0)2F(ta x)
❖ 同理可写出时刻Δt=L/a后D点的压力和流速的关系：
H tD t H g c g (V tD t V 0 ) 2 F (t tx aL )
D0 —管 道 内 径m， E —管 道 的 材 料 弹 性 （材不料同， 取 值 不 同 ） t —管 壁 厚 度m，
四、研究水锤的目的
(一) 水锤的危害 (1) 压强升高过大→水管强度不够而破裂； (2) 尾水管中负压过大→尾水管空蚀，水轮机运行
时产生振动；出现严重的抬机现象 (3) 压强波动→机组运行稳定性和供电质量下降。 (二) 调节保证计算的目的
水锤和机组转速变化的计算，一般称为调节保证 计算。
第九章 水电站的水锤与调节保证计算
水电站事故引起的负荷变化。水电站可能会各种各 样的事故，可能要求水电站丢弃全部或部分负荷。 这是水电站水锤计算的控制条件。
(二)水电站的不稳定工况表现形式
1. 引起机组转速的较大变化
丢弃负荷：剩余能量→机组转动部分动能→机组 转速升高 增加负荷：与丢弃负荷相反。 2.在有压引水管道中发生“水锤”现象
F 1 r f 1
根据水锤常数和任意时刻的开度，可利用上式确定 阀门在任意时刻的反射系数。 当阀门完全关闭时,τ=0，r=1，阀门处发生同号等值 反射。
上式对反击式水轮机是近似的。
3、水锤波在管径变化处的反射
根据水锤波的基本方 程，推导出管径变化 处的反射系数为：
到阀门之前开度变化已经结束，阀门处只受开
度变化直接引起的水锤波的影响——称为直接
水锤
计算直接水锤压力的公式： c
H H H 0 Biblioteka g(V V0 )
c H H H 0 (V V0 ) g
(1) 当阀门关闭时，管内流速减小，V-V0<0为负值，
△H为正，产生正水锤；反之当开启阀门时，即
A t
同理可写出时刻Δt=L/c后B点的压力和流速的关系：
H
B t t
c B xL H 0 (Vt t V0 ) 2 F (t t ) g c
由于F[(t+Δt)-(x+L)/c]=F[t-x/c]，由上述二式得
H
同理：
B t t
c B H Vt t Vt A g
导时关闭时，在压力管道和蜗壳中将引起压力上 升，尾水管中则造成压力下降。 导叶开启时则相反。
3.在无压引水系统中产生水位波动现象。
水电站的水击及调节保证计算
第四章水电站的水击及调节保证计算本章重点内容：水电站有压引水系统非恒定流现象和调节保证计算的任务、单管水击简化计算、复杂管路的水击解析计算及适用条件、机组转速变化的计算方法和改善调节保证的措施。
第一节概述一、水电站的不稳定工况由于负荷的变化而引起导水叶开度、水轮机流量、水电站水头、机组转速的变化，称为水电站的不稳定工况。
其主要表现为：(1) 引起机组转速的较大变化丢弃负荷：剩余能量→机组转动部分动能→机组转速升高增加负荷：与丢弃负荷相反。
(2) 在有压引水管道中发生“水击”现象管道末端关闭→管道末端流量急剧变化→管道中流速和压力随之变化→“水击”。
导时关闭时，在压力管道和蜗壳中将引起压力上升，尾水管中则造成压力下降。
导叶开启时则相反，将在压力管道和蜗壳内引起压力下降，而在尾水管中则引起压力上升。
(3) 在无压引水系统(渠道、压力前池)中产生水位波动现象。
二、调节保证计算的任务(一) 水击的危害(1) 压强升高过大→水管强度不够而破裂；(2) 尾水管中负压过大→尾水管汽蚀，水轮机运行时产生振动；(3) 压强波动→机组运行稳定性和供电质量下降。
(二) 调节保证计算水击和机组转速变化的计算，一般称为调节保证计算。
1．调节保证计算的任务：(1) 计算有压引水系统的最大和最小内水压力。
最大内水压力作为设计或校核压力管道、蜗壳和水轮机强度的依据；最小内水压力作为压力管道线路布置，防止压力管道中产生负压和校核尾水管内真空度的依据；(2) 计算丢弃负荷和增加负荷时转速变化率，并检验其是否在允许的范围内。
(3) 选择调速器合理的调节时间和调节规律，保证压力和转速变化不超过规定的允许值。
(4) 研究减小水击压强及机组转速变化的措施。
2．调节保证计算的目的正确合理地解决导叶启闭时间、水击压力和机组转速上升值三者之间的关系，最后选择适当的导叶启闭时间和方式，使水击压力和转速上升值均在经济合理的允许范围内。
第二节水击现象及其传播速度1、一、水击现象1．定义在水电站运行过程中，为了适应负荷变化或由于事故原因，而突然启闭水轮机导叶时，由于水流具有较大的惯性，进入水轮机的流量迅速改变，流速的突然变化使压力水管、蜗壳及尾水管中的压力随之变化，这种变化是交替升降的一种波动，如同锤击作用于管壁，有时还伴随轰轰的响声和振动，这种现象称为水击。
水锤计算方法【范本模板】
第一节概述一、水电站的不稳定工况机组在稳定运行时，水轮机的出力与负荷相互平衡，这时机组转速不变，水电站有压引水系统(压力隧洞、压力管道、蜗壳及尾水管)中水流处于恒定流状态。
在实际运行过程中,电力系统的负荷有时会发生突然变化(如因事故突然丢弃负荷，或在较短的时间内启动机组或增加负荷)，破坏了水轮机与发电机负荷之间的平衡，机组转速就会发生变化。
此时水电站的自动调速器迅速调节导叶开度,改变水轮机的引用流量,使水轮机的出力与发电机负荷达到新的平衡，机组转速恢复到原来的额定转速.由于负荷的变化而引起导水叶开度、水轮机流量、水电站水头、机组转速的变化，称为水电站的不稳定工况。
其主要表现为：（1）引起机组转速的较大变化由于发电机负荷的变化是瞬时发生的，而导叶的启闭需要一定时间，水轮机出力不能及时地发生相应变化,因而破坏了水轮机出力和发电机负荷之间的平衡，导致了机组转速的变化.丢弃负荷时，水轮机在导叶关闭过程中产生的剩余能量将转化为机组转动部分的动能，从而使机组转速升高。
反之增加负荷时机组转速降低。
(2) 在有压引水管道中发生“水锤”现象当水轮机流量发生变化时，管道中的流量和流速也要发生急剧变化，由于水流惯性的影响，流速的突然变化使压力水管、蜗壳及尾水管中的压力随之变化，即产生水锤。
导叶关闭时，在压力管道和蜗壳中将引起压力上升,尾水管中则造成压力下降。
反之导叶开启时，在压力管道和蜗壳内引起压力下降，而在尾水管中引起压力上升.（3）在无压引水系统(渠道、压力前池）中产生水位波动现象.无压引水系统中产生的水位波动计算在第八章已介绍。
二、调节保证计算的任务水锤压力和机组转速变化的计算，一般称为调节保证计算。
调节保证计算的任务及目的是：(1）计算有压引水系统的最大和最小内水压力。
最大内水压力作为设计或校核压力管道、蜗壳和水轮机强度的依据之一;最小内水压力作为压力管道线路布置、防止压力管道中产生负压和校核尾水管内真空度的依据。
第九章-水电站的水锤及调节保证计算
第九章水电站的水锤及调节保证计算本章重点内容：水电站有压引水系统非恒定流现象和调节保证计算的任务、单管水锤简化计算、复杂管路的水锤解析计算及适用条件、机组转速变化的计算方法和改善调节保证的措施。
第一节概述一、水电站的不稳定工况由于负荷的变化而引起导水叶开度、水轮机流量、水电站水头、机组转速的变化，称为水电站的不稳定工况。
其主要表现为：(1) 引起机组转速的较大变化丢弃负荷：剩余能量→机组转动部分动能→机组转速升高增加负荷：与丢弃负荷相反。
(2) 在有压引水管道中发生“水锤”现象管道末端关闭→管道末端流量急剧变化→管道中流速和压力随之变化→“水锤”。
导时关闭时，在压力管道和蜗壳中将引起压力上升，尾水管中则造成压力下降。
导叶开启时则相反，将在压力管道和蜗壳内引起压力下降，而在尾水管中则引起压力上升。
(3) 在无压引水系统(渠道、压力前池)中产生水位波动现象。
二、调节保证计算的任务(一) 水锤的危害(1) 压强升高过大→水管强度不够而破裂；(2) 尾水管中负压过大→尾水管汽蚀，水轮机运行时产生振动；(3) 压强波动→机组运行稳定性和供电质量下降。
(二) 调节保证计算水锤和机组转速变化的计算，一般称为调节保证计算。
1．调节保证计算的任务：(1) 计算有压引水系统的最大和最小内水压力。
最大内水压力作为设计或校核压力管道、蜗壳和水轮机强度的依据；最小内水压力作为压力管道线路布置，防止压力管道中产生负压和校核尾水管内真空度的依据；(2) 计算丢弃负荷和增加负荷时转速变化率，并检验其是否在允许的范围内。
(3) 选择调速器合理的调节时间和调节规律，保证压力和转速变化不超过规定的允许值。
(4) 研究减小水锤压强及机组转速变化的措施。
2．调节保证计算的目的正确合理地解决导叶启闭时间、水锤压力和机组转速上升值三者之间的关系，最后选择适当的导叶启闭时间和方式，使水锤压力和转速上升值均在经济合理的允许范围内。
第二节 水锤现象及其传播速度一、 水锤现象1．定义在水电站运行过程中，为了适应负荷变化或由于事故原因，而突然启闭水轮机导叶时，由于水流具有较大的惯性，进入水轮机的流量迅速改变，流速的突然变化使压力水管、蜗壳及尾水管中的压力随之变化，这种变化是交替升降的一种波动，如同锤击作用于管壁，有时还伴随轰轰的响声和振动，这种现象称为水锤。
水锤计算方法
第一节概述一、水电站的不稳定工况机组在稳定运行时，水轮机的出力与负荷相互平衡，这时机组转速不变，水电站有压引水系统(压力隧洞、压力管道、蜗壳及尾水管)中水流处于恒定流状态。
在实际运行过程中，电力系统的负荷有时会发生突然变化(如因事故突然丢弃负荷，或在较短的时间内启动机组或增加负荷)，破坏了水轮机与发电机负荷之间的平衡，机组转速就会发生变化。
此时水电站的自动调速器迅速调节导叶开度，改变水轮机的引用流量，使水轮机的出力与发电机负荷达到新的平衡，机组转速恢复到原来的额定转速。
由于负荷的变化而引起导水叶开度、水轮机流量、水电站水头、机组转速的变化，称为水电站的不稳定工况。
其主要表现为：(1) 引起机组转速的较大变化由于发电机负荷的变化是瞬时发生的，而导叶的启闭需要一定时间，水轮机出力不能及时地发生相应变化，因而破坏了水轮机出力和发电机负荷之间的平衡，导致了机组转速的变化。
丢弃负荷时，水轮机在导叶关闭过程中产生的剩余能量将转化为机组转动部分的动能，从而使机组转速升高。
反之增加负荷时机组转速降低。
(2) 在有压引水管道中发生“水锤”现象当水轮机流量发生变化时，管道中的流量和流速也要发生急剧变化，由于水流惯性的影响，流速的突然变化使压力水管、蜗壳及尾水管中的压力随之变化，即产生水锤。
导叶关闭时，在压力管道和蜗壳中将引起压力上升，尾水管中则造成压力下降。
反之导叶开启时，在压力管道和蜗壳内引起压力下降，而在尾水管中引起压力上升。
(3) 在无压引水系统(渠道、压力前池)中产生水位波动现象。
无压引水系统中产生的水位波动计算在第八章已介绍。
二、调节保证计算的任务水锤压力和机组转速变化的计算，一般称为调节保证计算。
调节保证计算的任务及目的是：(1) 计算有压引水系统的最大和最小内水压力。
最大内水压力作为设计或校核压力管道、蜗壳和水轮机强度的依据之一；最小内水压力作为压力管道线路布置、防止压力管道中产生负压和校核尾水管内真空度的依据。
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一、直接水锤和间接水锤 1、直接水锤 v 如果水轮机调节时间Ts≤2L/c，则水库反射波回
到阀门之前开度变化已经结束，阀门处只受开 度变化直接引起的水锤波的影响——称为直接 水锤 v 计算直接水锤压力的公式：
水电站的水锤与调节保证计算
(1) 当阀门关闭时，管内流速减小，V-V0<0为负值， △H为正，产生正水锤；反之当开启阀门时，即 V-V0>0，△H为负，产生负水锤。 (2) 直接水锤压力值的大小只与流速变化(V-V0)的 绝对值和水管的水锤波速c有关，而与开度变化的 速度、变化规律和水管长度无关。 ❖ 算例：设V0=5m/s，c=1000m/s，则丢弃全负荷时 ΔH=510m。可见直接水锤要绝对避免。
水电站的水锤与调节保证计算
第四节 简单管道水锤计算的解析法
本节主要内容
v 直接水锤和间接水锤 v 水锤的连锁方程 v 水锤波在水管特性变化处的反射 v 开度依直线变化的水锤计算 v 起始开度和关闭规律对水锤的影响 v 水锤压强沿水管长度的分布 v 开度变化结束后的水锤现象
水电站的水锤与调节保证计算
1、有效关闭时间 ❖ 总关闭时间为Tz。 ❖ 将阀门关闭过程的直线段适
当延长，作为有效关闭时间Ts。 ❖ 缺乏资料时，可取Ts=0.7Tz ❖ 在开度依直线规律变化时，
不必用连锁方程求出各相末 水锤，可用简化方法直接求 出。
水电站的水锤与调节保证计算
2、间接水锤的两种类型
❖ 第一类：当 <1时，最大水锤压
v
<1.0时，常发生第一相水锤；
v
>1.5时，常发生极限水锤；
v 1.0< <1.5时，则随σ值的不同而发生第一相或 极限水锤，个别情况下发生直接水锤。按图判别。
v 仅用 大于还是小于1作为判别水锤类型的条件是 近似的。水锤类型除与 有关，还与σ有关。
水电站的水锤与调节保证计算
水电站的水锤与调节保证计算
二、水锤的连锁方程
❖ 若已知断面A在时刻 t 的压力为HtA，流速为VtA ，两个通 解消去 f 后，得：
❖ 同理可写出时刻Δt=L/c后B点的压力和流速的关系：
水电站的水锤与调节保证计算
v 由于F[(t+Δt)-(x+L)/c]=F[t-x/c]，由上述二式得
v 同理：
3. 水轮机 (1) 水斗式水轮机喷嘴的边界条件为：(孔口出流 规律)(各个量都用相对值表示)
——称为相对开度；ωmax——喷嘴全 开时断面积。
——为任意时刻水锤压力相对值。 ——为任意时刻相对流速。
水电站的水锤与调节保证计算
(2) 反击式水轮机边界条件。 反击式水轮机的特点：①水轮机有蜗壳、导水叶、 尾水管等，出流特性与孔口完全不同。 ②水轮机 的转速与水轮机的流量相互影响。③流量的改变 不仅在压力管道中，而且在蜗壳、尾水管中也产 生水锤。 由此可见，反击式水轮机的过水能力与水头、导 叶开度、转速等有关，所以在水锤计算中需要综 合运用管道水锤方程、水轮机运转特性曲线、水 轮机转速方程进行求解，比较复杂，故常常简化。
水锤波在管道进口处(水库、前池) 的反射规律为异号等值反射
水电站的水锤与调节保证计算
2、水锤波在水管末端的反射
❖ 根据水锤波的基本方程，推导出阀门的反射系数为：
❖ 根据水锤常数和任意时刻的开度，可利用上式确定 阀门在任意时刻的反射系数。
❖ 当阀门完全关闭时,τ=0，r=1，阀门处发生同号等值 反射。
v 水锤波在水管特性变化处(进口 、分岔、变径段、 阀门等)都要发生反射。
v 一部分以反射波的形式折回，一部分以透射波的 形式继续向前传播。
v 反射波与入射波的比值称反射系数，以r表示。透 射波与入射波的比值称透射系数，以s表示，两者 的关系为： s – r = 1
水电站的水锤与调节保证计算
1.水锤波在管道进口处(水库、前池)的反射规律 设B处入射波F，反射波为f 由基本方程得： HtB - H0B=F + f HtB = H0B=H0 → F+f = 0→F= - f
❖ 由上面的连锁方程可以写出第一相末、第二相末、 第n相末的的水锤压力：
…………
❖ 利用上面的公式，可以依次求出各相末阀门处的 水锤压力，得出水锤压力随时间的变化关系。
水电站的水锤与调节保证计算
v 上面是阀门关闭情况，当阀门或导叶开启时，管 道中产生负水锤，其相对值用y表示，用同样的方 法可求出各相末计算公式。
可简化为：
水电站的水锤与调节保证计算
上述基本方程的通解： ΔH=H-H0=F(t-x/c)+f(t+x/c) ΔV=V-V0=-g/c[F(t-x/c)-f(t+x/c)]
注：F和f为两个波函数，其量纲与水头H相同，故可视 为压力波。 v F(t-x/c)为逆水流方向移动的压力波，称为逆流波； v f(t+x/c)为顺水流方向移动的压力波，称为顺流波。 v 任何断面任何时刻的水锤压力值等于两个方向相反的压 力波之和；而流速值为两个压力波之差再乘以－g/c。
v 计算有压引水系统最大和最小内水压力。最大内水 压力作为设计或校核压力管道、蜗壳和水轮机强度 的依据；最小内水压力作为压力管道线路布置，防 止管道中产生负压和校核尾水管内真空度的依据；
v 计算丢弃负荷和增加负荷时转速变化率，并检验其 是否在允许的范围内。
v 选择调速器合理的调节时间和调节规律，保证压力 和转速变化不超过规定的允许值。
水电站的水锤与调节保证计算
二、调节保证计算的任务
(一) 水锤的危害 (1) 压强升高过大→水管强度不够而破裂； (2) 尾水管中负压过大→尾水管空蚀，水轮机运行
时产生振动； (3) 压强波动→机组运行稳定性和供电质量下降。 (二) 调节保证计算
水锤和机组转速变化的计算，一般称为调节保证 计算。
水电站的水锤与调节保证计算
由于负荷变化而引起导水叶开度、水轮机流量、水电
站水头、机组转速的变化，称为水电站的不稳定工况。 (一) 引起水轮机流量变化的两种情况
➢ 水电站正常运行情况下的负荷变化。 担任峰荷或调频任务的电站，水轮机的流量处于不 断变化中；正常的开机或停机。 ➢ 水电站事故引起的负荷变化。水电站可能会各种各 样的事故，可能要求水电站丢弃全部或部分负荷。 这是水电站水锤计算的控制条件。
水电站的水锤与调节保 证计算
2020/11/22
水电站的水锤与调节保证计算
重点内容
1. 水电站有压引水系统非恒定流 现象及调节保证计算的任务；
2. 简单管水锤简化计算、复杂管 路的水锤解析计算及适用条件；
3. 机组转速变化的计算方法和改 善调节保证的措施。
水电站的水锤与调节保证计算
第一节 概述
一、水电站的不稳定工况
v 研究减小水锤压强及机组转速变化的措施。
水电站的水锤与调节保证计算
第二节 水锤现象及特性
一、水锤现象
❖ 0~L/c: 升压波，由阀门向水库 传播，水库为异号等值反射。
❖ L/c~2L/c: 降压波，由水库向 阀门传播，阀门为同号等值反 射。
❖ 2L/c~3L/c: 降压波，阀门→水 库。
❖ 3L/c~4L/c: 升压波，水库→阀 门。
水电站的水锤与调节保证计算
(二) 边界条件 1．管道进口 管道进口处一般指水库或压力前池： ζB=ΔH/H0=0 2．分岔管与调压室 (1) 分岔处的水头应该相同： Hp1=Hp2=Hp3=…=Hp (2) 分岔处的流量应符合连续条件 ΣQ=0 (3) 分岔管的封闭端，流量为0，即Q=0。
水电站的水锤与调节保证计算
的升高而加大，一般可取为1435m/s。
v 在缺乏资料的情况下，近似取值为：
➢露天钢管的水锤波速c≈1000m/s；
➢埋藏式钢管的水锤波速c≈1200m/s；
➢钢筋混凝土管可取c≈ 900m/s~1200m/s。
水电站的水锤与调节保证计算
二、水锤的边界条件
求解水锤的基本方程，需要利用边界条件和初始 条件。 (一) 起始条件 把恒定流的终了时刻看作为非恒定流的开始时刻。 即当t=0时，管道中任何断面的流速V=V0； 如不计水头损失，水头H=H0。
水电站的水锤与调节保证计算
(二)水电站的不稳定工况表现形式 1. 引起机组转速的较大变化 v 丢弃负荷：剩余能量→机组转动部分动能→机组
转速升高 v 增加负荷：与丢弃负荷相反。 2.在有压引水管道中发生“水锤”现象 v 导时关闭时，在压力管道和蜗壳中将引起压力上
升，尾水管中则造成压力下降。 v 导叶开启时则相反。 3.在无压引水系统中产生水位波动现象。
❖ 上式对反击式水轮机是近似的。
水电站的水锤与调节保证计算
3、水锤波在管径变化处的反射 ❖ 根据水锤波的基本方
程，推导出管径变化 处的反射系数为：
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4、水锤波在分岔处的反射 根据水锤波的基本方 程，可以推导出水锤 波在分岔处的反射系 数为：
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四、开度依直线变化的水锤
水电站的水锤与调节保证计算
2、间接水锤 v 如果水轮机调节时间Ts>2L/c，则开度变化结束之
前水库反射波已经回到阀门处，阀门处的水锤压 力由向上游传播的F波和向下游传播的f波相叠加 而成——称为间接水锤。 v 间接水锤的计算比直接水锤复杂得多。 v 间接水锤是水电站经常发生的水锤现象，也是我 们的主要研究对象。
水电站的水锤与调节保证计算
③水锤波同其它弹性波一样，在波的传播过程中， 在外部条件发生变化处(即边界处)均要发生波 的反射。其反射特性(指反射波的数值及方向) 决定于边界处的物理特性。
注：水锤波在管中传播一个来回的时间tr=2L/c， 称之为“相”，两个相为一个周期2tr=T。
水电站的水锤与调节保证计算
v 这两个方程为水锤连锁方程。 v 连锁方程给出了水锤波在一段时间内通过两个断面