水锤压力计算
水锤压力计算
（1）根据小水电运行情况,水锤压力计算按以下两种工况计算：
a. 水库正常蓄水位 2180.0m 时，机组突然丢弃全部负荷。
b.小水电运行限制水位 2178.0m 时，机组由空转至满负荷运行。
（2）水锤计算基本公式：
a. 钢管中水锤波传播速度α值：
式中 1425—声波在水中的传播速度（m/s ）；
ε—水的弹性模量，ε=2.1×104（kg/cm 2）；
E —管壁的弹性模量，E 钢=2.1×106（kg/cm 2）；
D —压力管道的内径（mm ）；
δ—管壁厚度（mm ）。
b. 水锤波在水管中传播来回一次所需时间：
式中 L —压力钢管总长度（m ）；
α—水锤波传播速度（m/s ）。
c. 压力水管特性常数：
式中 ρ、σ—钢管特性常数；
H —水电站的静水头（m ）；
V —钢管中水流流速 （m/s ）；
Ts —导叶关闭时间 Ts=5s 。
(3) 经过计算判断得压力钢管内水锤为间接水锤，最大值为极限水锤，水锤压力沿程分布计算成果见表1.3.1。
压力钢管水锤压力计算成果表
gH V 2αρ=
gHTs
LV
=σδ
εαD
E +=11425
α
L
t r 2=
(4)水锤压力沿程分布曲线见附图1.1.1。
第八章 水锤
x) c
f
(t
x) c
(5)
V
V
V0
g c
[ F (t
x) c
f
(t
x)] c
(6)
c
c
H H H0 g (v v0 ) g (v0 v)
从上式可看出：
①关闭阀门，流速减小，水锤压力为正，发生正水锤；
②开启阀门，流速增大，水锤压力为负，发生负水锤；
③水锤压力仅与流速变化和水击波速有关，而与开度的
2gH0
1
1 1
0
1 2
第二相末的水锤压力：
同理得：
2
1 2
0
1
1
1
2
2
同理可求出第n相末：
n
1 n
0
1
n1
i
i 1
1
2
n
水锤的连锁方程：
1
1 1
0
1 2
2
1 2
0
1
2 2
n
1 n
0
n1 1
i
n 2
cv0 ,为水锤常数
2gH0
连锁方程优点： 适应于任意关闭规律 的求解。 缺点： 连锁方程为一递推公 式，需逐项求解，繁 琐，欲求 n 必须先 求出 1,2 ,n1
对于直线关闭情况的水锤，根 据最大水锤压力出现的时间归 纳为两类：即一相水锤和极限 水锤，产生不同水锤现象的原 因是由于阀门的反射特性不同 造成的，即可能为正反射也可 能为负反射。因此使得最大水 锤压力出现的时间不一样。其 判别条件是 0 是否大于1。
水锤波在水管特性变化处的反射
1、水库端：等值异号反射，反射系数：
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。
第九章水锤计算的解析法
二、水锤波在水管特性变化处的反射
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。
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。
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
二、水锤波在水管特性变化处的反射
Hp1=Hp2=Hp3=…=Hp
Σ Q=0
三、水锤的边界条件
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)
vi i 1 i
i i max
嘴全开时断面积
——称为相对开度；ω max——喷
vi Vi /Vmax
(2)
i Hi /H 0
——为任意时刻水击压力相对值。 ——为任意时刻相对流速。
……
n 1 n 0
i 1
1
n 1
i
n / 2
aVmax / 2gH0
一、计算水锤压力的一般公式
对于增加负荷情况，压力管道末端(阀门处)产生负水锤，其 相对值用η来表示。
利用上述公式，可以依次解出各相末的阀门处各相的水锤压 力，得出水锤压力随时间的变化关系。 计算公式的条件 (1) 没有考虑管道摩阻的影响，因此只适用于不计摩阻的情况； (2) 采用了孔口出流的过流特性，只适用于冲击式水轮机，对 反击式水轮机必须另作修改； (3) 这些公式在任意开关规律下都是正确的，可以用来分析非 直线开关规律对水锤压力的影响。
A m
三、开度依直线变化的水锤
间接水锤类型的判别条件
仅用 0 大于还是小于1 作为判别水锤类型的条件 是近似的。水锤的类型除 与 0 有关，还与 有 关。 水锤类型判别图中，曲线 表示极限锤击和第一相水 锤的分界线，直线表示第 一相锤击和直接水锤的分 界线。
自来水管水锤及压力设计计算
0.6 公称壁厚 （mm）
4.2 4.8 5.4 6.2 6.9 7.7 8.6 9.6 10.7 12.1 13.6 15.3 17.2 19.1 21.4 24.1
公称压力PN,Mpa
0.8 公称壁厚 （mm）
1 公称壁厚 (mm)
1.25 公称壁厚 （mm）
4.3 5.3
6 6.7 7.7 8.6 9.6 10.8 11.9 13.4 15 16.9 19.1 21.5 23.9 26.7 30
4.5 5.4 6.6 7.4 8.3 9.6 10.7 11.9 13.4 14.8 16.6 18.7 21.1 23.7 26.7 29.7 33.2 37.4
4.7 5.6 6.7 8.1 9.2 10.3 11.8 13.3 14.7 16.6 18.4 20.6 23.2 26.1 29.4 33.1 36.8 41.2 46.3
球墨铸铁 管
0.05
98000
1 0.004 2060
10
0.3 #######
PE管
0.3
900
1 0.007 2060 10 0.6 140.77
PE管
0.2
900
1 0.006 2060 10 0.6 166.92
PE管
0.2
900
1 0.018 2060 10 0.6 277.98
PE管 PE管 PE管
管材
管内经 di(m)
管材弹性 模量Ep （MPa)
管端 固定 度c
管材 壁厚en
（m)
水体模 量k
（MPa)
水重密 流速变 度rw 化值∆v
压力波 速a
球墨铸铁 管
0.65
第九章 水锤及调节保证计算的解析方法
(2)有效关闭时间 s：为简化计算，常取阀门的 有效关闭时间T 为简化计算， 有效关闭时间 关闭过程的直线段加以适当延长，即得到T 关闭过程的直线段加以适当延长，即得到 s。 Ts/Tz一般为 一般为0.6-0.95，缺乏资料时可取 。 ，缺乏资料时可取0.7。 Ts可用函数 i =f(t)表示。在直线规律关闭的情 可用函数τ 表示。 表示 况下，一个相t 况下，一个相 r=2L/a的开度变化为: 的开度变化为
aV0 管道特 ρ= 2gH 0 性系数
H0、V0为初始恒定流时水头 和流速； 为水锤波速 为水锤波速ห้องสมุดไป่ตู้ 和流速；a为水锤波速。 管道中相 对流速
∆H H − H 0 水锤压力 v = V ξt = = V0 H0 H0 相对值
(二)水锤压力计算公式 二 水锤压力计算公式 1、水轮机喷嘴孔口的相对开度，即阀门的相 、水轮机喷嘴孔口的相对开度， 对开度τ 对开度 i ：
9.2简单管的水锤计算 9.2简单管的水锤计算
一、计算水锤压力的一般公式 水锤压力产生于阀门处， 水锤压力产生于阀门处，从上游反射回来的降 压波也是最后才达到阀门，因此最大水锤压力 压波也是最后才达到阀门，
总是发生在紧邻阀门的断面上。 总是发生在紧邻阀门的断面上。
(一)水锤连锁方程的相对值表达式 一 水锤连锁方程的相对值表达式 用相对值表示： 相对值表示： 表示 逆向波时 (9-5)： A ： B A B ξ t − ξ t + ∆t = 2 ρ (vt − vt + ∆t ) (向水库方向 向水库方向) 向水库方向 顺向波时 (9-6)： B ： A B A ξ t − ξ t + ∆t = −2 ρ (vt − vt + ∆t ) (向阀门方向 向阀门方向) 向阀门方向
提水站工程水锤压力验算
龙源期刊网 提水站工程水锤压力验算作者：李廷华来源：《中华建设科技》2013年第07期1. 概况（1）引水渠位于友邻水库右侧，长125m；从水库向东依次设引水渠进口、引水暗渠、节制闸及提水站进水池。
泵房建在进水池一侧。
（2）从提水站泵房向田间布置2条主干管将水送到南北两座蓄水池，南主干管长1275m，北主干管950m，两条主干管总长2225m。
压力等级选1.0MPa。
利用山顶蓄水池向坡面自流灌溉，为了保证冬季管道内不存在残留水，采用由蓄水池向外（下）呈放射状自流布置干管的形式，即采用二级管道。
干管上直接用三通连接支管，压力等级选0.6MPa，主管路进口各设一个进排气阀，并配套检修井，共设6个。
支管路间距80～100m；支管路上设出水栓，间距为80～100m，南灌区154个出水栓，北灌区108个出水栓，共安装262个出水栓。
单栓基本控制面积15.0亩，出水栓上安装移动维塑管带。
在主管路末端及不利位置设沉水井，南灌区3个，北灌区3个，共6个沉水井。
南、北蓄水池分设3条主管路，共布置6条主管路，南灌区3775m，北灌区2800m，主管路总长6575m。
南灌区29条支管路，北灌区29条支管路，支管路一共58条。
南灌区支管路长12475m，北灌区支管路长8100m，支管路总长20575延长m。
主干管、主管路、支管路南北两个灌区总长29375m。
（个别段两条管路合并在一个沟内）。
（3）水泵出口设闸阀、逆止阀、水锤消除器，泵站出口压力钢管与P340扬水管（输水主干管）采用铁——塑法兰盘对接。
田间干、支、竖管均通过P340三通或弯头热熔焊接，出水栓与铁竖管采用法兰盘对接。
出水栓以下接维塑管带。
4.1设计上水位。
根据实测地形图，山顶高程南区为219.7m，北区为234.8m。
山顶蓄水池底设计高程南区为219.5m，北区为234.5m.池中水深按提水高度确定为1.5m，则提水站设计水位为南区为221.0m，北区为236.0m。
第三节水锤计算的解析法
第三节水锤计算的解析法-CAL-FENGHAI.-(YICAI)-Company One1第三节水锤计算的解析法一、直接水锤和间接水锤（一）直接水锤若水轮机开度的调节时间≤ 2L/c，则在水库反射波到达水管末端之前开度变化已经结束，水管末端只受因开度变化直接引起的水锤波的影响，这种现象习惯上称为直接水锤。
由于水管末端未受水库反射波的影响，故基本方程式(14-5)和式(14-6)中的函数f(t-x/c)，用以上二式消去F(t+x/c)的直接水锤公式从式（14-13）可以看出，当开度关闭时，管内流速减小，括号内为负值，△H为正，发生正水锤，反之，当开启时，△H为负，发生负水锤。
直接水锤的压强界与流速变(V -Vo )和水管特性（反映在波速c 中）有关，而与开度的变化速度、变化规律和水管长度无关。
若管道中的初始流速Vo=5m/s,波速c=1000m/s,在丢弃全负荷时若发生直接水锤，△H将达510m，因此在水电站中直接水锤是应当绝对避免的。
（二）间接水锤若水轮机开度的调节时间>2L/c,则在开度变化终了之前水管进口的反射波已经到达水管末端，此反射波在水管末端将发生再反射，因此水管末端的水锤压强是由向上游传播的水锤波F和反回水管本端的水锤波f叠加的结果，这种水锤现象习惯上称为间接水锤。
显然，间接水锤的计算要比直接水锤复杂得多。
间接水锤是水电站中经常发生的水锤现象，也是我们要研究的主要对象。
二、水锤的连锁方程利用基本方程求解水锤问题，必须利用已知的初始条件和边界条件。
初始条件是水轮机开度未发生变化时的情况，此时管道中为恒定流，压强和流速都是已知的。
对于图14-1的简单管，边界条件是利用A、B两点。
B点的压强为常数，令ζ=△H/Ho，则=0,水锤波在B点发生异号等值反射。
A点的边界条件较为复杂，决定于节流机构的出流规律。
从《水力学》中我们知道水斗式水轮机喷嘴的边界条件可表达为式中v-管道中的相对流速，V=V/Vmax., V为管道中任意时刻的流速，Vmax为最大流速；τ-喷嘴的相对开度，, w为喷嘴任意时刻的过水面积，为最大面积；ζ-水锤相对压强，ζ=（H-Ho）/Ho，H为管末任意时刻的压力水头，Ho为初始水头。
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。
长距离输水水锤计算的方法与计算公式
长距离输水水锤计算的方法与计算公式水锤压力的作用原理──管路内的水系统，系统内任一点水压力的瞬间变化，造成整个水管路系统的压力巨变。
改善与防止(1).改善─系统的压力变化幅度降低，压力变化时间延长水锤压力是以sin,或cos函数曲线变化，说明如下：1. F 大，则T 小2. F 小，则T 大→ 上图中蓝色曲线是改善的方法。
降低瞬间压力升降的F值，延长水锤压力作用的时间管路必须做应力分析，从应力分析曲线选择安装水锤压力吸收器。
如果随便找个地方安装，毫无学问与专业，就不必念书了。
(2)防止─ 从管路设计开始，管路系统平衡的设计，管路材料的选择，‧‧‧等管路材料的选择是唯一最正确的防止方法。
Vw = 1/n ×√K/PTc ＝2L / Vw△Hfr ＝Vw ×△Vr /g其中，n= √ 1+ ID × K / E × SP或n= 1+ √ ID×K×(1.25-μ)/ E×SP上项方程式中ID 管的内径SP 管的厚度E 管材料的弹性系数μ Poisson 常数K 流体的buckling valueP 流体密度Tc 水锤发生的时间L 管路长度瞬间最大压力由以上的数学方程式，管子的材料选择100%掌控值的大小。
这个=F，愈小愈好；愈大愈不好。
上图中的F就是。
如果有需要可与我联系。
该系统不但可以降低噪音到50db以下，也可以防止水锤造成的噪音与管路的伤害。
缴税款。
纳税人未按照规定期限缴纳税款的，扣缴义务人未按照规定期限解缴税款的，税务机关除责令限期缴纳外，从滞纳税款之日起，按日加收滞纳税款0.5‰的滞纳金。
消防水锤计算及安装及标准
3．4 缓冲气压腔容积 volume of cushioning air pressure chamber 根据吸纳器结构的不同，分别定义为： a)活塞式吸纳器：活塞于进口端位置时，活塞与壳体所围成的密封腔容积；
载：
利用软件计算普通钢管在不同流量的水锤（MPa）
5L/S
10 L/S 15 L/S 20 L/S 25 L/S 30 L/S
40 L/S
DN100
0.74
1.47
——
DN125
——
——
——
2.10
2.62
——
——
DN150
——
——
——
——
——
2.20
2.93
注：因取值管道壁厚不同等原因，水锤计算值略有差异，影响不大
三、水锤的消除及水锤消除器的安装：
1.按照消规 5.5.11 停泵水锤消除装置应装设在消防水泵出水总管
上，以及消防给水系统管网其他适当的位置.
这条的意思，不用一台泵设一套水锤？其他适当位置是什么地方？
8.3.3 消防水泵出水管上的止回阀宜采用水锤消除止回阀，当消防水
泵供水高度超过 24m 时，应采用水锤消除器。当消防水泵出水管上设
功能：水锤吸纳器能有效的防止水锤、缓冲水击波的瞬间压力， 从而保护水泵、管路不被破坏，给用户带来安全和宁静。
产品结构简单，安装维修方便。 性能稳定、动作灵敏，能有效地、快速地消除运行管道中的噪 音和振动。 在水泵管路各种工况下，均可有效地消除不规则的水击波震 荡。 耐压能力强，能承受高压水锤波的冲击。 采用全不锈钢制作，抗腐蚀，使用寿命长。
水击
柱分离。
三、一个中间泵站突然停运时的水击特点
三、一个中间泵站突然停运时的水击特点
三、一个中间泵站突然停运时的水击特点
三、一个中间泵站突然停运时的水击特点
气体逸出和液柱分离
四、密闭输送管道的事故保护
输油管道中发生的水击，从产生的原因有许多种，但
对管道与设备安全构成威胁的有两种：
（1）中间泵站因为动力中断，输油泵突然全部关闭， 在停泵站进口侧产生高压波，停泵站出口侧产生低压波；
对于事故引起的流量变化，产生的瞬变流动剧烈程度，
取决于事故本身的性质。如果压力变化引起的瞬变压力 超过管道允许的工作条件，就需要对管道系统采取相应 的调节与保护措施。
二、水击计算的基本公式
1、水击压力 由于液流速度的时变化所引起的初始水击压力值可按 下式计算：
p a（v 0 - v）
五、干线检漏
（1）、压力坡降法检漏 （2）、压力波法检漏
谢谢大家!
输油管道中的 水击
新疆油田油气储运公司 2012年5月25日
主要内容
一、水击产生的原因及危害 二、水击计算的基本公式 三、一个中间站突然停运时的水击特点 四、密闭输送管道的事故保护
一、水击产生的原因及危害
水击现象：指在压力管道中，由于某种原因而引起流速
变化时，引起管内压力的突然变化。造成压力波在管内的迅
所不同的是利用外加氮气系统，适用于各种油品，缺点是
需要一套复杂的氮气系统，投资和运行费用较高。
四、密闭输送管道的事故保护 （ 1）、泄放保护
泄放阀参数的计算在于根据阀的口径及所定压力给定 值确定其泄放量，计算公式如下：
Ps Q 0.0865KF 式中 Q —泄放阀泄放能力，d m3/h；