05-水电站水锤与调节保证计算
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。
水电站调节保证计算
⽔电站调节保证计算第五章⽔电站调节保证计算5.1调节保证计算的⽬的、任务（1）调保计算⽬的、任务在⽔电站运⾏中，负荷与机组出⼒达到平衡使机组转速稳定。
但由于各种突发事故，造成机组突然与系统解列，机组甩掉部分，或者全部负荷。
在甩负荷时，由于导叶迅速的关闭，⽔轮机的流量急剧变化，因此在⽔轮机过⽔系统内产⽣⽔击。
调保计算就是在电站初步设计阶段计算出上述过程中的最⼤转速上升及最⼤压⼒上升值。
另外，调保计算的⽬的是使压⼒升⾼和转速升⾼不超过允许值，确保电站⽔机系统安全稳定运⾏。
调节保证计算⼀般应对两个⼯况进⾏，即计算设计⽔头和最⼤⽔头甩全负荷的压⼒上升和速率上升，并取其较⼤者。
⼀般在前者发⽣最⼤速率升⾼，在后者发⽣最⼤压⼒升⾼。
（2）灯泡贯流式机组过渡过程的特点灯泡⽔轮发电机组的调节过渡过程与常规机组相⽐有⼀些不同，⼀般轴流机组惯性⼒矩主要取决于发电机的飞轮⼒矩，对于灯泡机组来说，由于受灯泡⽐的限制，发电机直径约为⽴式机组的3/5，其惯性⼒矩仅相当于⽴式机组的1/10左右，因⽽，⽔轮机惯性和⽔体附加惯性⼒矩所占的⽐重应⼤⼤增加，⽽⽔体附加惯性⼒矩则随叶⽚安放⾓的增加⽽增加，所以对灯泡机组的过渡过程分析必须考虑其影响。
（3）调保计算标准根据/51862004DL T -《⽔⼒发电⼚机电设计规范》，⽔轮机在机组甩负荷时的最⼤转速升⾼率max β宜⼩于60%；导⽔叶前最⼤压⼒上升率宜为70%100%～。
根据有关已建电站试验证明，采⽤导叶分段关闭规律，8m 尾⽔管的真空度不⼤于⽔柱。
（4）已知计算参数装机容量：418.5?MW⽔头参数：max 6.8H =m ， 5.82Hav =m ， 5.3r H =m ，5.1min =H m ⽔轮机参数：⽔轮机型号：()1102730GZ WP --，68.2/min r n r =，3398.6/r Q m s =，尾⽔管参数：尾⽔管进⼝直径3==7.1D d (m)尾⽔管直锥段长度：211=2.0=2.07.3=14.6L D ?(m)尾⽔管直锥段直径：41=1.428=1.4287.3=10.42D D ?(m)尾⽔管混合过渡段长度：221=2.7=2.77.3=19.71L D ?(m)尾⽔管混合过渡段⾼度：1h=1.453=1.4537.3=10.61D ?(m) 尾⽔管混合过渡段宽度：1B=2.04=2.047.3=14.892D ?(m)机组转动部分飞轮⼒矩()3t m ?：查《灯泡贯流式⽔电站》155P ：2222GD GD D D G G =++⽔体附加发电机⽔轮机发电机飞轮⼒矩23i t KD l GD =发电机式中：K -经验系数, 查《灯泡贯流式⽔电站》126P ,表6-10：68.2/min r n r =，=4.7~5.1K ，取=5K 。
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
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。
水电站调节保证计算
水电站调节保证计算水电站是利用水能将水能转换成电能的发电设施，其主要特点是具备调节能力。
水电站的主要调节措施是通过水位、发电量、出水量等方式对电力系统的负荷需求进行调节。
水电站的调节保证措施不仅涉及到电力调度计划的合理性，还需要充分考虑潮汐、降雨等自然因素。
对于水电站调节保证计算方案，需要从以下几个方面进行考虑：调节保证能力计算水电站的调节保证能力是指水电站在一定的时段内，保证根据调度计划，满足各种突发情况和电力系统的电力负荷需求的能力。
水电站调节保证能力计算的主要任务是确定水位调节能力，发电量调节能力以及出水量调节能力等。
按照国家水电站调度管理规定，应定期对水电站的调节保证能力进行检验和评定，以确保其满足电力系统对其的需要。
调节保证方案审核调节保证方案是指，在确定水电站调节保证能力后，编制的针对具体水文条件及电力负荷的调节保证方案。
在编制调节保证方案时，需要充分考虑自然条件变化及电力负荷变化等影响因素，制定出全面、可操作性强的调节保证方案。
该方案需经过审核、调度验收后才可执行。
调节保证管理调节保证管理是指对水电站日常运行的调节保证计划的监督和管理。
在水电站日常运行中，管理人员需要密切关注河流水文变化以及电力负荷变化等信息，及时调整调节保证计划，保证水电站运行正常、稳定。
管理人员还需要对水电站的调度计划进行跟踪和分析，及时对调度计划进行调整和改型，确保在保证调节方案准确性的前提下，最大限度地提高水电站发电效率。
调节保证监测调节保证监测是指对水电站进行常态化的水文、气象、水位、发电量、出水量等运行指标的监测。
该监测能够及时发现水电站发电过程中出现的问题，以及独立检验水电站调节保证能力计算结果的准确性。
对于监测结果不良的问题，管理人员需要及时进行恰当的调整。
水电站是一个拥有调节能力的重要发电设施，是电力系统的重要组成部分。
水电站为了保证系统运行稳定和可靠，需要对其进行健全完善的调节保证管理。
在管理中，涉及到调节保证能力计算、调节保证方案审核、调节保证管理、调节保证监测等多个环节的组合，需要实现各环节的协调、衔接和协作，保证水电站的稳定运行。
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
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。
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。
05-水电站的水锤与调节保证计算PPT课件
注：水锤波在管中传播一个来回的时间tr=2L/a，称之为 “相”，两个相为一个周期2tr=T。
8
.
三、水锤波的传播速度
水锤波传播速度的大小与管壁材料、厚度、管 径、管道的支撑方式以及水体的弹性模量有关。
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）
a
逆行波
a
顺行波
a
逆行波
a
顺行波
Hg
Hg
6
.
水锤特性
.
上述基本方程的通解： ΔH=H-Hg=F(t-x/a)+f(t+x/a) Hg 初始静水头 ΔV=V-V0=-g/a[F(t-x/a)-f(t+x/a)] V0 初始流速
注：F 和f 为两个波函数，其量纲(单位）与水头H相同， 故可视为压力波。 ❖ F(t-x/a)为逆水流方向移动的压力波，称为逆行波； ❖ f(t+x/a)为顺水流方向移动的压力波，称为顺行波。 ❖ 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；而流速差值为两个压力波之差再乘以-g/a。
❖ 研究减小水锤压强及机组转速变化的措施。
11
.
第三节 水锤基本方程和边界条件
一、基本方程
《水力学》中已经介绍。忽略小项，不计摩阻项，得到：
V g H
H a2 V
t
x t g x
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。
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t — 管 壁 厚 度 ，m
重庆电专
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。
❖ 研究减小水锤压强及机组转速变化的措施。
重庆电专
第三节 水锤基本方程和边界条件
一、基本方程
《水力学》中已经介绍。忽略小项，不计摩阻项，得到：
V g H
H a 2 V
t
x t g x
式中
L at
V—管道中的水流速度，向下游为正；
H—压力水头；
x—距离，管道末端阀门为原点，向上游为正。
a—水锤波速。
1000m / s(露天钢管）
a Ew w 1200m / s(埋藏式钢管）
1 Ew D0 900 ~ 1200m / s(钢筋混凝土管） Et
Ew — 水 体 的 弹 性 模 量 ， 为2.06103 MPa
w — 水 体 的 密 度 ， 为1000kg / m3
D0 — 管 道 内 径 ，m E — 管 道 的 材 料 弹 性 （ 不 同材 料 ， 取 值 不 同 ）
重庆电专
❖ 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；
❖ 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。
❖ 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。
a
L)
重庆电专
❖ 由于F[(t+Δt)-(x+L)/c]=F[t-x/c]，由上述二式相减得
❖ 同理：
H D t t
H
A t
a g
VD t t
Vt A
H A t t
H
D t
a g
VA t t
VtD
❖ 这两个方程为水锤连锁方程。
逆行波 顺行波
❖ 物理含义：连锁方程给出了水锤波在一段时间内通 过两个断面的压力和流速的关系。
重庆电专
上述基本方程的通解： ΔH=H-Hg=F(t-x/a)+f(t+x/a) Hg 初始静水头 ΔV=V-V0=-g/a[F(t-x/a)-f(t+x/a)] V0 初始流速
注：F 和f 为两个波函数，其量纲(单位）与水头H相同， 故可视为压力波。 ❖ F(t-x/a)为逆水流方向移动的压力波，称为逆行波； ❖ f(t+x/a)为顺水流方向移动的压力波，称为顺行波。 ❖ 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；而流速差值为两个压力波之差再乘以-g/a。
(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 ❖ 导叶关闭或开启时，由于水流的流量的改变、水流的惯性
和水体和管道弹性的相互作用，在压力管道和蜗壳中将引 起压力上升或下降，尾水管中压力也发生相反的变化，并 且这种压力变化将以波的形式在压力管道中来回传播，此 即水锤现象。此时应考虑水体的压缩性、膨胀性。
④ 实际上由于阀门不可能瞬时关闭，每关闭一个微小开 度，总会产生一个微小的水锤，故实际的水锤波将是 许多水锤波叠加的结果。
注：水锤波在管中传播一个来回的时间tr=2L/a，称之为 “相”，两个相为一个周期2tr=T。
重庆电专
三、水锤波的传播速度
水锤波传播速度的大小与管壁材料、厚度、管 径、管道的支撑方式以及水体的弹性模量有关。
站水头、机组转速的变化，称为水电站的不稳定工况。 此时，有压引水系统的水流为非恒定流。 (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。水电站因各种各样的 事故（电气、水机、水工），可能要求水电站丢弃 全部或部分负荷。水电站水锤计算的控制条件。重庆电专
第五章
水电站的水锤与调节保证计算
重庆电专 2009年10月
重庆电专
主要内容
5.1 水锤及其传播方向 5.2水锤的基本方程和边界条件 5.3简单管道水锤计算的解析方法 5.4复杂管道的水锤计算 5.5机组的调节保证计算
重庆电专
第一节 水锤现象及传播速度
一、水电站的不稳定工况
由于负荷变化而引起导水叶开度、水轮机流量、水电
重庆电专
二、水锤的连锁方程
D
L at
❖ 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
A t
Hg
c g
(Vt A
V0 )
2F (t
x) a
❖ 同理可写出时刻Δt=L/a后D点的压力和流c g
(Vt
D t
V0 )
2F (t
t
x
3.在无压引水系统中（渠道、前池）产生水位波动现象。
重庆电专
第一节 水锤现象及传播速度
二、水锤及其传播过程
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: V0
电站静水头: H g
管内水压力： P0
讨论阀门关闭时的水锤
重庆电专
Hg
Hg
第一节 水锤现象及传播速度
二、水锤及其传播过程 ❖ 0~L/a: 升压波
① 水锤压力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Ts 短、流量变化快，因而水锤压力往往较大，而 且整个变化过程是较快的。
② 由于管壁具有弹性和水体的压缩性，水锤压力 将以弹性波的形式沿管道多次来回传播。摩擦 阻力的存在造成能量损耗，水锤波将逐渐衰减。
重庆电专
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。
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）
a
逆行波
a
顺行波
a
逆行波
a
顺行波
Hg
Hg
重庆电专
水锤特性