水电站的水锤与调节保证计算共42页文档
水电站的水锤
第十四章水电站的水锤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。
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。
水电站调节保证计算
第九章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。
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。
水电站建筑物--水击及调节保证-2023年学习资料
·第二过程L/a~2L/a:t=L/a时刻水击波传至D点，其8。-为水库，压强保持不变，其右边管道内水压强 水库高4，。·-管中水体流向水库。在随后的dt时段内，首先紧靠水库的管-段发生变化，流速由0变为-Vo,压 下降，由H+△H降H,-水体密度减小，管径减小，补给了流向水库的水体，一直延续-到该时段末。同理，经过各时 段在各管段将发生同样的变化，-压强降低如同“波”一样向下游传播，该过程发生的为降压波，-弹性能转化为动能。 到t=2L/a时刻，整个管道流速、压强、-密度、管径恢复到初始数值，但流速方向反向。水击波在水库-处发生反 ，入射波与反射波数值相同，符号相反，升压波反-射为降压波，水流从阀门流向水库。-t=L/a-2L/a-国Vo-dx
。在历时很短的调节过-程中，机组转速与有-压输水系统中的内水-压强会引起急剧变化。-减小或增加负荷时，-转 增大或减小；调-节使得流量减小或增-大，引起有压输水系-统中的内水压强上升-或下降，产生水击。-第九章
·而供电质量、机组与-有压输水系统的强度-以及机组稳定性对整-个调节过程中的机组-转速变化及有压输水-系统 的压强变化提-出了要求，不允许超-过规定值。与之对应-进行的水击和机组转-速变化的计算，称为-调节保证计算 -第九章
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 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 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 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 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。
水电站的水锤与调节保证计算
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。
水电站调节保证计算
第九章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。
论水电站引水系统中调节保证计算
论水电站引水系统中调节保证计算论水电站中引水系统的调节保证计算对于水电站引水系统，利用美国垦务局等经验公式对引水管道经济直径进行分析使相应调保计算成果满足要求，为电站安全运行提供可靠的依据。
关键词：水电站引水系统设计调节保证计算5.水锤及调节保证计算5.1调节保证计算的任务和标准水锤及调节保证计算，是水电站设计的重要内容之一。
它不仅影响压力管道、机组、蜗壳等过流部件的强度，而且关系到电站运行的安全和机组运行的稳定性。
调节保证计算是机组负荷在较大范围内突然变化的情况下，考虑到调速器的影响以进行限制水锤压力和机组装机变化值的计算，解决水力惯性、机组惯性和调整性能三者之间的矛盾，以期达到电能质量最佳、机组运行经济合理、安全可靠的目的。
5.1.1水锤及调节保证计算的目的和任务1、水锤计算的目的决定管道内的最大内水压力，作为设计或校核压力管道、蜗壳和水轮机强度的依据；决定管道内最小内水压力，作为管线布置，防止压力管道中产生负压和校核尾水管内真空度的依据；研究水锤与机组运行的关系。
2、调节保证计算的目的通过调节保证计算和分析，正确合理地解决导叶启闭时间、水锤压力和机组转速上伸值三者之间的关系，最后选择适当的导叶启闭时间和方式，水锤压力和转速上伸值均在经济合理的允许范围内。
3、水锤及调节保证计算的任务根据水电站压力引水系统和水轮发电机组的特性，合理选择调速器的调节时间调节规律，进行水锤压力和机组转速变化值的计算，使二者均在允许内，并尽可能地降低水锤压力。
5.1.2 调节保证计算的标准调节保证计算标准，是指水锤压力和转速变化在技术经济上合理的允许值。
标准在规范中有所规定，但这是在一定时期和一定技术水平和经济条件下制定的，用时应结合具体情况加以确定。
1、水锤压力的计算标准甩全负荷时，允许的相对压力升高max ξ一般可按以下不同情况考虑：表5-1：max ξ取值表当设置减压阀或折流板时，max ξ=20%对于增加负荷时的负水锤，以压力水管顶部任何一点不出现负压并保持有2m 以上的余压为限。
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
第八章水电站的水击与调节保证计算.
A v ，流速为 t1
，该水击波在t2时刻传到B 。将此情况代入式（8-
点时该处压强水头 H tB 2 10），整理后得：
A t1 B t2
，流速 vB
t2
a A H H (Vt1 Vt2B ) g
(8-12)
同理，对于顺行波可得：
A B A a （8-13） HtB H ( V V t4 t3 t4 ) g 3
水击的类型。值得注意
的是：应用简化公式计 算出的ξ值必须小于0.5，
否则不能采用简化公式
计算。
四、复杂管道水击计算简化方法 实际工程中经常遇到的是复杂管路系统。复杂管路可分 为串联管、分岔管和考虑蜗壳和尾水管影响的管道系统三
种类型。
串联管
分岔管
（一）串联管水击计算的简化方法 在实际工程中常用“等价水管法”简化计算串联管。 是设想用一根等价的简单管来代替串联管，该等价简单管 在管长、管中水体动能及水击波传播时间等方面与被代替 的原串联管相同。 （1）等价管的总长与原串联管相同
二、水击波的传播速度 水击波的传播是水击现象的主要特征，水 击波速是水击研究的重要参数，其大小主要与 压力水管的直径D，管壁厚度，管壁（或衬砌） 材料的弹性模量和水的体积弹性模量等因素有 关。根据水流连续性原理和动量定律，并计及 水体的压缩性与管壁的弹性，可得水击波传播 速度为：
计算水击波速度时，对于不同的管材K值是不同的 明钢管：
水击计算的两个假定：
（1）水轮机导叶（或喷嘴）的出流条件符合孔口出 流。这一假定对冲击式水轮机是适合的，对反击式水 轮机是近似的。 （2）在TS时段内导叶（或喷嘴）的开度变化与启闭
时间成直线关系。
关闭时：
t t 0 TS
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。
某取水工程水锤计算及水锤防护建议
某取水工程水锤计算及水锤防护建议某取水工程是一个重要的水利设施，其正常运行对于当地生产生活具有重要的作用。
在工程运行的过程中，由于闸门的关闭等原因，会发生水锤现象，对工程设施造成损坏，给设施安全带来威胁，因此需要进行水锤计算及水锤防护措施。
一、水锤计算1.概述水锤是由于水体流动的惯性作用和管道弹性变化而产生的压力波。
水锤压力波是随着水流的流速而不断传播和阻尼消失的，因此在不同的管道中会有不同的水锤情况。
某工程中采用圆形钢管作为取水管道，在计算水锤时，需要考虑到管道的长度、直径、管材和接口的弹性模量、管道内水流的流量和流速等因素。
2.计算方法(1) 判断闸门关闭时间：根据工程特点和闸门运动时间，确定闸门的关闭时间。
(2) 计算水锤波速和水锤压力：根据取水管道的长度、直径、水流速度等参数，计算出水锤波速和水锤压力。
(3) 判断水锤波总时长：通过等效传播距离和水锤波速计算得到水锤波总时长。
(4) 最大水锤压力的计算：根据水锤波在管道内传播的规律，计算出水锤波的极值，得到最大水锤压力值。
(5) 水锤防护设施设计：根据最大水锤压力和工程水力条件，设计相应的水锤防护设施，如防护罩、防护阀门等。
二、水锤防护建议1.使用缓冲器缓冲器是一种常用的防护设施，采用防震材料制作，可以有效地减缓水锤冲击。
在不同管径的水利工程中可以使用不同规格的缓冲器，确保防护效果良好。
缓冲器的缺点是费用较高。
2.安装对虹吸管对虹吸管可以在管道中形成一个空气隔离部分，防止水锤冲击从一段管道扩展到整个管道系统。
它通常安装在短管道或负压点处，保护整个工程设施免受水锤冲击的危害。
对虹吸管的缺点是需要一定的维护和清理工作。
3.采用软接头软接头是一种管道连接器，它可以在管道中形成一种柔性连接，可以在水锤发生时自动地吸收压力。
软接头适用于制造成本较低、地理环境比较恶劣的地区。
缺点是软接头的使用寿命较短，需要更换较频繁。
4.设计缓冲池缓冲池是将水锤波在池中消退和降低水锤冲击力的一种设备，可用于缓解水锤波对管道设施的影响，特别是在锁闸和停电情况下。