05水电站不稳定工况及水锤现象
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。
05水电站不稳定工况及水锤现象
• 水击波传播过程中，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。
8
– 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。
3
一、水电站的不稳定工况
• (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。
• 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
7
Байду номын сангаас
四、水锤的特性
• 水锤实际上是由于水流速度变化而产生的惯性力。当 突然启闭阀门时，由于启闭时间短、流量变化快，因 而水击压力往往较大，而且整个变化过程是较快的。
– 2.在无压引水系统(渠道、压力前池)中产生水位 波动现象。
4
一、水电站的不稳定工况
• (二)水电站的不稳定工况表现形式
– 3.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。
第五章 水电站不稳定工况及水锤现象
1
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。
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。
水电站试题及答案库完整版
西北农林科技大学水利与建筑工程学院《水电站》课程考试试题库主要内容第1部分名词解释 (01)第2部分填空题 (06)第3部分判断是非题 (12)第4部分选择题 (20)第5部分回答题 (26)第6部分计算题 (51)第7部分读图题 (67)第8部分模拟试题 (81)《水电站》课程考试试题库第一部分名词解释录入：余坤、陈宇鹏、张记真、李云清、罗真行、齐波波校核：李凯1.坝式开发（1）答：在河流峡谷处拦河筑坝，坝前壅水，形成水库，在坝址处形成集中落差，这种开发方式称为坝式开发。
2.引水式开发（1）答：在河流坡降较陡的河段，通过人工建造的引水道（渠道，隧洞，管道等）引水到河段下游，集中落差，这种开发方式称为引水式开发。
3.混合式开发（1）答：在一个河段上，同时采用筑坝和有压引水道共同集中落差的开发方式称为混合式开发。
4.抽水蓄能电站（1）答：抽水蓄能电站是一种存储系统中多余电能，在电力系统起调峰作用的电站。
包括抽水蓄能和放水发电两个过程：系统负荷低时，将下库的水抽到上库（电动机+水泵）；系统负荷高时，将上库的水放出发电（水轮机+发电机）。
5.潮汐水电站（1）答：利用潮汐能发电的水电站称为潮汐水电站。
6.梯级开发（1）答：在一条河流上，自上而下，建造一个接一个水利枢纽，成为一系列水利枢纽，这种开发方式称为河流的梯级开发。
7.平水建筑物（1）答：用以平稳由于水电站负荷变化在引水或尾水系统中引起的流量及压力变化，保证水电站调节稳定的建筑物。
8.引水建筑物（1）答：用以集中水头，输送流量到水轮发电机组或将发电后的水排往下游河道的建筑物。
9.进水建筑物（1）答：用以从河道或水库按发电要求引进发电流量的引水道首部建筑物。
10.HL240—LJ —250（2）答：表示混流式水轮机，转轮型号240，立轴，金属蜗壳，转轮标称直径为250cm 。
11.2QJ30—W —102150 （2） 答：表示一根主轴上有两个转轮的切击式水轮机，转轮型号为30，卧轴，转轮标称直径为150cm ，每个转轮上有2个喷嘴，射流直径为10cm 。
水锤现象的综合治理方案
未雨绸缪，防患于未然———招待所水锤现象的综合治理方案夜深人静，供水管道总有一阵阵有节奏的异响奏起。
作为工程人员我们应知道：这种水锤现象有危害，必须尽早治理。
一．何为水锤现象？在有压力管路中，由于某种外界原因（如阀门突然关闭、水泵机组突然停车）使水的流速突然发生变化，从而引起水击，这种水力现象称为水击或水锤。
液体在管内流动时，它具有动能，当液体突然停止，它的运动能量必须被消除。
这时能量变成自停止点开始的高压波．以近声音的传播速度沿管路系统来回传递，使管内液体膨胀并撞击管路，发出刺耳的噪声。
也就是说：快速地开泵、停泵、开关闸阀，使水的流速发生急剧变化，就是产生水锤现象的基本原因。
二．水锤的危害水锤效应有极大的破坏性：由于水锤的产生，使得管道中压力急剧增大至超过正常压力的几倍甚至十几倍，其危害很大，严重时会引起管道的破裂，影响生产和生活。
压强过高，将引起管子的破裂，反之，压强过低又会导致管子的瘪塌，还会损坏阀门和固定件。
水锤现象可以破坏管道、水泵、阀门、并引起水泵反转，管网压力降低等。
特别是我们招待所使用的是全自动变频补水控制系统，管网压力的一升一降直接反馈到供水指令系统。
最后因自动补水控制系统的参与加剧了水锤强度。
三．水锤现象的原因分析及应对之策探讨既然管道系统内水的流速的急剧变化是产生水锤的基本原因，我们有必要对此展开深入地探讨，以便寻求应对之策。
1.各种开关阀门（包括止回阀）响应启泵或者停泵太快将响应太快调整为响应迟钝。
比如延长开阀和关阀时间，选择动作迟钝的阻尼止回阀。
或者可以精简或者精选关键点位的止回阀！2.在管路比较复杂的远程或高层供水系统，近距离的止回阀损坏，阻碍了供水流速只有更换了该止回阀，管路系统才通畅。
当然，排查故障也是一个艰难的过程。
3.水是液体，具有一定的压缩性能，长期运行必定混有空气。
停泵检修后，一定得试运行，并安排专业人员在高位排气，确保水充满整个管道系统后才能正式运行；需定期（每季度）排除一次管道系统内的空气；或者在管路中一定高位安装几个自动排气阀。
水电站运行中存在的主要问题及解决对策
水电站运行中存在的主要问题及解决对策1. 引言1.1 水电站运行中存在的主要问题及解决对策供水问题是影响水电站正常运行的关键因素之一。
供水不足或供水质量不佳会影响水电站的发电效率，甚至可能导致设备损坏。
电力输出不稳定也是水电站常见的问题。
由于水流量的不确定性，水电站的发电能力可能会出现波动，导致电力输出不稳定，影响用电方的正常需求。
随着水电站设备的使用时间增长，设备老化成为一个必须面对的问题。
设备老化会导致设备故障率增加，进而影响水电站的正常运行。
针对以上问题，解决对策包括加强设备维护和更新、优化供水系统以及提高电力输出稳定性。
通过定期维护设备、更新老化设备，可以有效提升水电站的运行效率；优化供水系统，保障供水质量和稳定性；提高电力输出稳定性，确保电力供应的可靠性。
水电站在运行过程中面临多方面问题，需要采取有效措施解决，保障水电站的稳定运行和电力输出。
2. 正文2.1 水电站运行中存在的主要问题水电站是一种重要的能源生产设施，然而在其运行中存在着一些主要问题。
首先是供水问题，由于气候变化和河流水位波动的影响，水电站的供水会出现不稳定的情况，导致电力输出不稳定。
其次是电力输出不稳定，这不仅会影响到用户的用电体验，还会影响电网的稳定运行。
水电站设备老化也是一个主要问题，老化的设备容易出现故障，影响发电效率，甚至可能造成安全隐患。
要解决这些问题，需要采取一系列的对策。
应该加强设备的维护和更新，定期检查设备运行状况，及时更换老化设备，确保设备处于良好运行状态。
应该优化供水系统，采用先进的水资源管理技术，根据水位情况灵活调整供水方案，确保水电站的供水稳定性。
需要提高电力输出的稳定性，通过优化发电流程、引入智能调控系统等手段，提高电力输出的稳定性，确保用户用电需求得到满足。
通过采取这些对策，可以有效解决水电站运行中存在的主要问题，提高水电站的运行效率和稳定性，保障电力供应的可靠性。
2.2 供水问题水电站在运行中存在的主要问题之一是供水问题。
水电站试题(卷)与答案解析库完整版
西北农林科技大学水利与建筑工程学院《水电站》课程考试试题库主要内容第1部分名词解释 (01)第2部分填空题 (06)第3部分判断是非题 (12)第4部分选择题 (20)第5部分回答题 (26)第6部分计算题 (51)第7部分读图题 (67)第8部分模拟试题 (81)《水电站》课程考试试题库第一部分名词解释录入：余坤、陈宇鹏、张记真、李云清、罗真行、齐波波校核：李凯1.坝式开发（1）答：在河流峡谷处拦河筑坝，坝前壅水，形成水库，在坝址处形成集中落差，这种开发方式称为坝式开发。
2.引水式开发（1）答：在河流坡降较陡的河段，通过人工建造的引水道（渠道，隧洞，管道等）引水到河段下游，集中落差，这种开发方式称为引水式开发。
3.混合式开发（1）答：在一个河段上，同时采用筑坝和有压引水道共同集中落差的开发方式称为混合式开发。
4.抽水蓄能电站（1）答：抽水蓄能电站是一种存储系统中多余电能，在电力系统起调峰作用的电站。
包括抽水蓄能和放水发电两个过程：系统负荷低时，将下库的水抽到上库（电动机+水泵）；系统负荷高时，将上库的水放出发电（水轮机+发电机）。
5.潮汐水电站（1）答：利用潮汐能发电的水电站称为潮汐水电站。
6.梯级开发（1）答：在一条河流上，自上而下，建造一个接一个水利枢纽，成为一系列水利枢纽，这种开发方式称为河流的梯级开发。
7.平水建筑物（1）答：用以平稳由于水电站负荷变化在引水或尾水系统中引起的流量及压力变化，保证水电站调节稳定的建筑物。
8.引水建筑物（1）答：用以集中水头，输送流量到水轮发电机组或将发电后的水排往下游河道的建筑物。
9.进水建筑物（1）答：用以从河道或水库按发电要求引进发电流量的引水道首部建筑物。
10.HL240—LJ —250（2）答：表示混流式水轮机，转轮型号240，立轴，金属蜗壳，转轮标称直径为250cm 。
11.2QJ30—W —102150 （2） 答：表示一根主轴上有两个转轮的切击式水轮机，转轮型号为30，卧轴，转轮标称直径为150cm ，每个转轮上有2个喷嘴，射流直径为10cm 。
水电站建筑物--水击及调节保证_2022年学习资料
。二、水击执玖及水击传速度-水击现象-²流速（流量）的突然变化，导致水流动量发生变-化，根据冲量定理将产生 水流的冲量，导致内-水压强急剧升高或降低。把该非恒定流现象称为-水击（水锤）-²水击所产生的压强升高（正水 ）或降低（负水-击，都会对水电站运行带来不利影响。若发生-正水击，可能导致压力水管的爆裂；尾水管中压-降过 ，会造成水轮机和尾水管的严重汽蚀，使-水轮机运转时产生巨大振动。压强的上下波动，-会影响机组的稳定运行。
。水击特性-为揭示水击物理本质和说明水击过程-不妨以简单管（管壁材料、管壁厚度及-管径沿管长不变中的水击现 为例。-该简单管上游端连接水库（可认为水位-基本不变，下游端连接阀门。不计摩-阻损失，并设简单管为弹性体， 中水-体可压综
水击过程-第一过程0~L/a：t=0时刻阀门突然关闭的dt时段内，-紧靠阀门处管段dX1首先发生变化，流速 Vo变为0，压强8-上升，由H增至Ho+△H,水体压缩，密度增加，管子膨胀，-腾出空间容纳该管段以上管段仍 V流速流来的水体，一-直延续到t时段末。同理，经过各时间段在各管段将发生-同样的变化，压强增加如同“波”一 向上游传播，为水-击波，传播速度为水击波速，增加的压强为水击压强。该-过程发生的为升压波，动能转化为弹性能 水流流速方向-从水库至阀门。-D Vo-国-h
²第三过程-2L/a~3L/a:t=2L/a时刻水击波传-阀门处，阀门关闭，流速由-V变为0，压强下降，由 H降至H。△H,水体密度减小，管径减小。这样的-过程经过各时间段在各管段将发生同样的变化，降压-波向上游传 ，直到t=3L/a时刻，整个管道流速为0、-压强为H△H,密度及管径缩小。水击波在全关阀-门处的反射特点是 同号等值反射，降压波反射为降-压波，水流从阀门流向水库。-c-t=2L/a-3L/a-国-D-%-1-第九
《水电站》试题库完整版
西北农林科技大学水利与建筑工程学院《水电站》课程考试试题库主要内容第1部分名词解释 (01)第2部分填空题 (06)第3部分判断是非题 (12)第4部分选择题 (20)第5部分回答题 (26)第6部分计算题 (51)第7部分读图题 (67)第8部分模拟试题 (81)教材目录（0）绪论（1）水力发电基础（2）水力机械（3）进水、引水建筑物（4）压力管道（5）调保计算（6）调压室（7）水电站厂房二零一一年四月《水电站》课程考试试题库第一部分 名词解释1.坝式开发 （1）答：在河流峡谷处拦河筑坝，坝前壅水，形成水库，在坝址处形成集中落差，这种开发方式称为坝式开发。
2.引水式开发（1）答：在河流坡降较陡的河段，通过人工建造的引水道（渠道，隧洞，管道等）引水到河段下游，集中落差，这种开发方式称为引水式开发。
3.混合式开发（1）答：在一个河段上，同时采用筑坝和有压引水道共同集中落差的开发方式称为混合式开发。
4.抽水蓄能电站（1）答：抽水蓄能电站是一种存储系统中多余电能，在电力系统起调峰作用的电站。
包括抽水蓄能和放水发电两个过程：系统负荷低时，将下库的水抽到上库（电动机+水泵）；系统负荷高时，将上库的水放出发电（水轮机+发电机）。
5.潮汐水电站（1）答：利用潮汐能发电的水电站称为潮汐水电站。
6.梯级开发（1）答：在一条河流上，自上而下，建造一个接一个水利枢纽，成为一系列水利枢纽，这种开发方式称为河流的梯级开发。
7.平水建筑物（1）答：用以平稳由于水电站负荷变化在引水或尾水系统中引起的流量及压力变化，保证水电站调节稳定的建筑物。
8.引水建筑物（1）答：用以集中水头，输送流量到水轮发电机组或将发电后的水排往下游河道的建筑物。
9.进水建筑物（1）答：用以从河道或水库按发电要求引进发电流量的引水道首部建筑物。
10.HL240—LJ —250（2）答：表示混流式水轮机，转轮型号240，立轴，金属蜗壳，转轮标称直径为250cm 。
水电站的水击(1)
2 2 3 s1 1 2 2 3 3 1
3．水击波在水管未端阀门处的反射
只考虑阀门处为水斗式水轮机（喷咀）的情况， 出流规律， 2 gH ， V0 A0 0 2gH 0 VA (ω孔口的面积，A管道面积) 则
v v0 0
v v0
AV0
L C
δ
γ△H D
若忽略管道的伸长，这个水体 积是由管径膨胀和水体本身的压缩 来容纳。由于△L和△A的变化很 小并且水体压缩△ g 很小，只考 虑一次项。 由锅炉公式求管壁引起的环向 应力
Tf
Tf
H 0 H o H
环向应力： T T f HD
2 环向应变： T 1 T HD E 2 E
供电质量影响
（十几～几十分钟）
（数秒→几十秒）
二、水力不稳定现象的计算条件
水电站事故引起的电站负荷从100%减到零
电力系统负荷减少，或某些事故使电站甩去部分负荷
电力系统负荷增加或其它电站事故使水电站部分增荷
三、研究水击现象的目的
作为设计、校核压力水管、蜗壳、水轮机强度的依据 （由最大内水压强确定） 作为布置压力水管路线和检验尾水管内真空度的依据 （计算最小内水压强） 研究水击现象与机组运行的关系（调保计算） 研究减少水击压强的措施
在一般方程中，忽略水头损失和 v
H v g t x 水击基本方程（波动方程） 2 H c v t g x
三、方程的解
x x H H H 0 (t ) F (t ) (*) c c (**) g x x V V V0 [ (t ) F (t )] c c c
x2 x1
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• 水击波传播过程中，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。
8
• 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
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四、水锤的特性
• 水锤实际上是由于水流速度变化而产生的惯性力。当 突然启闭阀门时，由于启闭时间短、流量变化快，因 而水击压力往往较大，而且整个变化过程是较快的。
– 2.在无压引水系统(渠道、压力前池)中产生水位 波动现象。
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一、水电站的不稳定工况
• (二)水电站的不稳定工况表现形式
– 3.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。
– 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。
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一、水电站的不稳定工况
• (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。
第五章 水电站不稳定工况及水锤现象
1
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。
2
一、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。
• 导叶开启时则相反，将在压力管道和蜗壳内引起压 力下降锤的危害
• (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。
6
三、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。