第一节 水锤现象和研究水锤的目的
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。
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。
水锤及调压室—水锤现象和研究水锤的目的
间接水锤的计算比直接水锤复杂得多。 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。
六、间接水锤的两种类型
第一类：当 ρτ０<1时，最大水锤压力出现在第一相末，称第一 相水锤。 第二类：当 ρτ０ >1时，最大水锤压力出现在第一相以后的某一 相，其特点是最大水锤压力接近极限值ξm，即 ξm ＞ ξ1 ，称为极 限水锤。
五、直接水锤与间接水锤 1、直接水锤
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。
H
H
H0
c，g——重力加速度， V０——管道中水流起始平均流速， V——阀门关闭完成后阀门处流速。
五、直接水锤与间接水锤 2、间接水锤
四、水锤特性
① 当突然启闭阀门时，由于启闭时间短、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 沿管道传播。摩擦阻力的存在造成能量损耗，水锤波将逐渐衰减。
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。
项目10 水锤及调压室
1
水锤现象和研究水锤的目的
2
减小水锤压强的措施
3
调压室
项目10 水锤及调压室
10.1 水锤现象和研究水锤的目的
一、水锤现象
概念：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。
第九章水击
三、水击特性
(1)水锤压力实际上是由于水流速度变化而产生的惯性力。 (1)水锤压力实际上是由于水流速度变化而产生的惯性力。 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，由于启闭时间短、流量变化快， 当突然启闭阀门时，由于启闭时间短、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。 较大，而且整个变化过程是较快的。
（9-6） （9-7）
（9-4） （9-5）
Eh ) Kf = ( 2 1 − µ c r1
100 K 0 Kr = r2
钢衬抗力系数， 式中 KS ——钢衬抗力系数，按式（9-2）计算， 钢衬抗力系数 按式（ ）计算， r=r1，为回填混凝土内半径，m； ，为回填混凝土内半径， ； Kh为回填混凝土抗力系数；Kf为环向钢筋抗力 为回填混凝土抗力系数； 系数； 为围岩单位抗力系数； 系数；Kr为围岩单位抗力系数；K0为岩石单位抗力 系数。 为隧洞开挖直径， 为混凝土泊松比； 系数。r2为隧洞开挖直径，m; µc为混凝土泊松比； 其他符号意义同前。 其他符号意义同前。
（9-1） ） 2 E w 1 + kr ——水的体积弹性模量。在一般压力和温度下， =2.06×106KPa 水的体积弹性模量。 水的体积弹性模量 在一般压力和温度下， w × E
a =
式中
Ew
水体密度， 水体密度 大小与温度有关，温度越高，密度越小， ρ W ——水体密度，大小与温度有关，温度越高，密度越小，一般 ρ W=1000Kg/m3 为声波在水中的传播速度， 为声波在水中的传播速度 一般为1435m/s; Ewρw ——为声波在水中的传播速度，一般为 压力管道半径， 压力管道半径 r ——压力管道半径，m; K——压力管壁抗力系数，不同材料管道，各取不同数值。 压力管壁抗力系数，不同材料管道，各取不同数值。 压力管壁抗力系数
引起供暖管道水锤现象原因分析及预防措施
引起供暖管道水锤现象原因分析及预防措施近年来，随着城市不断发展，供暖管道的使用越来越普遍，但是问题也随之出现。
其中之一便是供暖管道产生的水锤现象。
水锤现象所带来的危害越来越明显，因此深入了解其原因和预防措施就显得尤为重要。
这篇文档将对水锤现象的原因进行分析，并提出预防措施，以期对相关工作者和群众提供帮助。
一、水锤现象的原因1.供水压力不稳定造成水锤电梯式供水系统的压力不稳定，不仅会影响到用户的正常生活用水，还可能会导致供暖管道水锤现象的出现。
因为当管道内的水流动速度突然发生变化时，会引起管道内产生振动，而且管道内水的冲击力也会不断增大。
当水流速度变化到一定程度时，将会产生水锤现象，造成管道的损坏和噪音干扰。
2.管道设计不合理管道的设计不合理也是产生供暖管道水锤现象的一个原因。
如果管道的走向过于弯曲，管道内的水流就会受到阻碍，流速将会发生变化，产生水锤过程中的高水压和低水压等影响。
如果管道的直径过小，水流速度也相应增加，产生的水锤现象也会更加严重。
3.供水管道维护不当管道内存在污垢等物质，会阻碍管道内水的正常流动，导致管道出现水锤现象。
此外，管道的老化和磨损、密封件的损坏等也会影响管道的运行，从而使水锤现象更加严重。
二、预防措施1.管道设计合理合理的管道设计可以降低水流速度的变化，减少水锤现象的发生。
特别是在设计中应避免过于弯曲的走线，并使用适当的直径管道。
2.供水系统压力稳定供暖管道的水来源是否来自电梯式供水系统，时常检查供水压力是是否稳定，如果有发现压力不稳定即时处理。
3.管道维护保养定期清洗和检查管道，除去其中的污垢和杂物，是降低水锤现象的重要手段。
保持管道的完好和清洁，可以有效减少管道内的阻力和水流速度的波动。
4.采用合适的缓冲装置在管道的关键部位，使用缓冲装置，可以有效减轻水锤现象的影响。
常用的缓冲装置有缓冲垫和阀门等，可以满足不同的使用要求。
综上所述，供暖管道水锤现象对供暖工作的影响十分重大，因此灵活应对，处理妥当，遵循配套维护措施，可以有效地降低水锤现象的发生率，确保供暖工作的正常进行，为我们的生活和工作带来更加舒适的环境。
水锤及调压室—减小水锤压力的措施
1
水锤现象和研究水锤的目的
2
减小水锤压强的措施
3
调压室
项目10 水锤及调压室
10.2 减小水锤压强的措施
一、缩短压力管道的长度
缩短压力管道长度，使从进水口反射回来的水锤波能够较早地回 到压力管道末端，从而减小水锤值。
从管道特性系数σ＝LVmax/gH0Ts中可看出，减小L可以减小，在较 长的引水系统中，设置调压室，是缩短压力管道的常用措施。
3. 设置水阻器(水电阻)。机组丢弃负荷时，调速器使水阻器投入运 行，使机组原来输入系统中的功率消耗于水阻之中，即用水阻 代替原有负荷。 注：水阻器对于增加负荷时不起作用。
四、选择合理的调节规律
采用合理的关闭规律能有效地降低水锤压力值。 ✓ 中低水头电站：最大水锤压强常出现在调节过程终了，水轮 机导叶可采取先快后慢的关闭规律，以提高开始阶段的水锤 压强，降低终了阶段的水锤值； ✓ 高水头电站：最大水锤压强通常出现在调节过程开始阶段， 可采用先慢后快的调节规律。
二、减小压力管道的流速
减小流速可减小压力管道中单位水体的动量，从而减小水 锤压力。
但是水电站在运行中要求流量是一定的，要减低流速势必 要加大管径，增加管道造价。因此用加大管径办法降低水 锤压强，往往不经济。
但在一定条件下，如果适当加大管径后便可不设调压室， 还是比较合理的。
三、延长有效的关闭时间
延长有效的关闭时间Ts，可降低水锤压力，但使机组转速变化 率β值增加，甚至超过允许值，要解决这个矛盾，可采取以下措 施：
1. 反击式水轮机设置减压阀(空放阀)：在蜗壳的进口附近装设减压 阀。但：减压阀在的关闭时间
2. 冲击式水轮机的机组装置偏流器(折流器)。偏流器构造简单，造 价便宜，且无需增加厂房的尺寸，在水斗式水轮机的机组经常 采用。 注：偏流器在增荷时不起作用。
水锤现象及解决方案
当采用异步电机供水时,异步电机在全压起动时,从静止状态加速到额定转速所需时间极短.这就意味着在极短的时间里，水的流量从零猛到额定流量。
由于流体具有具有动能和一定程度的压缩性，因此在极短的时间内流量的巨大变化将引起对管道的压强过高和过低的冲击。
压力冲击将使管壁受力而产生噪声,犹如锤子敲击管道一样，故称为水锤效应。
水锤效应有极大的破坏性：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。
水力发电厂的水轮机在进水叶动作时也会发生这种现象.据我老师说他还碰到过进水叶因关闭过快而引起压水管爆裂的事故.水锤效应是一种形象的说法.它是指给水泵在起动和停车时,水流冲击管道,产生的一种严重水击.由于在水管内部，管内壁是光滑的，水流动自如.当打开的阀门突然关闭或给水泵停车，水流对阀门及管壁,主要是阀门或泵会产生一个压力.由于管壁光滑，后续水流在惯性的作用下,水力迅速达到最大，并产生破坏作用，这就是水利学当中的“水锤效应"，也就是正水锤。
相反，关闭的阀门在突然打开或给水泵启动后,也会产生水锤,叫负水锤，但没有前者大。
另一种关于水锤效应的说法:异步电动机在全压启动时，从静止状态加速到额定转速，水的流量从零猛增到额定流量。
由于流体具有动量和一定程度的可压缩性，因此,在极短时间内流量的巨大变化将引起对管道的压强过高或过低的冲击,并产生空化现象.压力冲击将使管壁受力而产生噪音，就像锤子敲击管子一样,称为水锤效应。
采用恒压供水，可以通过对时间的预置来延长启动和停车过程，使动态转矩大为减小,从而从根本上消除水锤效应.实际上,水锤出现在起泵和停泵两种情况下.停泵时，如果是扬程很高，泵通过关断电源自然停止，水会逆向砸下来，形成水锤。
解决的办法是采用变频器或软起动器，用变频器最好，要多舒缓都可以，但是如果不需要调速,成本就高了,用软起动器就可以了，大多数软起动器具有软起和软停双重功能。
水锤产生的另一个原因是水管中有空气，空气柱在突然降压时会膨胀，推动水柱运动，这样气推水，水推气，形成水锤,形成大的破坏力。
水锤综合实验总结
水锤综合实验总结水锤综合实验总结一、引言水锤是指在管道系统中由于阀门的突然关闭或开启而产生的压力冲击波。
这种冲击波会对管道系统造成严重的损坏，甚至导致爆破事故。
为了研究和预防水锤现象，进行了水锤综合实验。
二、实验目的1. 理解水锤现象的产生原理；2. 掌握测量和分析水锤冲击力和压力波动的方法；3. 研究不同参数对水锤现象的影响；4. 提出相应的预防措施。
三、实验装置1. 实验装置主要由供水系统、试验管道、阀门和传感器组成。
2. 供水系统包括供水泵、储水罐和调节阀，用于提供一定流量和压力的液体。
3. 试验管道是一个直径为50mm的钢制管道，长度为10m，上面安装有多个传感器。
4. 阀门用于控制液体流动速度和关闭时产生冲击波。
5. 传感器包括压力传感器、加速度传感器和位移传感器，用于测量压力、冲击力和位移。
四、实验步骤1. 打开供水泵，调节调节阀使液体流动速度稳定在一定值。
2. 记录不同阀门开启和关闭速度下的压力波动曲线，并测量相应的冲击力和位移。
3. 改变液体流动速度，重复步骤2。
4. 分析数据，得出结论。
五、实验结果与分析1. 实验数据显示，在阀门突然关闭时，管道内产生了明显的压力波动。
这是由于液体在突然关闭时产生了惯性作用，导致压力迅速增加。
2. 随着阀门关闭速度的增加，压力波动幅度也增大。
这是因为关闭速度越快，液体惯性作用越大，产生的冲击力也越大。
3. 在不同流动速度下进行实验发现，流动速度越大，压力波动幅度也越大。
这是因为流动速度越大，液体惯性作用越强，产生的冲击力也越大。
4. 通过分析实验数据得出结论：水锤现象与阀门开关速度和流动速度密切相关。
在实际工程中，应注意控制阀门的开关速度和流动速度，以避免水锤现象的发生。
六、实验总结1. 通过本次水锤综合实验，加深了对水锤现象的理解。
水锤是由于阀门的突然关闭或开启而产生的压力冲击波，对管道系统造成严重损坏。
2. 实验结果表明，水锤现象与阀门开关速度和流动速度密切相关。
水锤及防护措施
添加标题
定义：高压管网水锤防护技术是指为防止水锤现象对管网系统造成危害高压管网水锤防护技术也在不断发展，未来将更加注重智能化、自动 化技术的应用，提高防护效果和可靠性。
添加标题
常见防护措施：包括安装止回阀、缓闭止回阀等控制阀门，设置调压池、稳压塔等调压设施，以及采用 压力波动控制技术等。
评估方法：通过对比采取防护措施前后的水锤压力变化情况，分析防护措施的有效性。 评估标准：以水锤压力减小幅度、管道振动幅度等指标作为评估依据。 实例分析：选取典型的水锤防护措施应用案例，对其效果进行具体分析和评估。 结论：根据评估结果，总结水锤防护措施的应用效果，提出改进建议和推广价值。
PART FIVE
,
汇报人：
CONTENTS
PART ONE
水锤现象：由于流体压力变化引起的一系列快速的压力波动现象。 产生原因：主要由于流体流速的急剧变化导致。 影响范围：广泛应用于水利、机械、化工等领域。 现象描述：水锤波动的压力变化大，传播速度快，对管路系统产生冲击和破坏。
压力管道中的水流速度发生急剧变化 流体受到阻碍或突然改变流向 管道中存在不稳定的流动状态 管道中存在气体或空气
降低因水锤造成的 水资源浪费，节约 能源，实现可持续 发展。
PART THREE
安装止回阀：防止水锤发生时水流倒流 减小管径：降低水流速度，减少水锤压力 增加管道弹性：吸收部分水锤能量，降低冲击力 安装安全阀：在压力过高时排放部分水，防止水锤发生
安装止回阀：防止水锤发 生时水流倒流
减小管径：降低水流速度， 减少水锤压力
智能化监测技术：利用 传感器和智能算法，实 时监测管道压力、流量 等参数，实现水锤预警 和预防。
预警系统：通过数据分 析，预测可能发生的水 锤情况，及时发出预警 信息，以便采取应对措 施。
水锤的现象及措施
水锤的现象及措施水锤是在突然停电或者在阀门关闭太快时，由于压力水流的惯性，产生水流冲击波，就象锤子敲打一样，所以叫水锤。
水流冲击波来回产生的力，有时会很大，从而破坏阀门和水泵。
当打开的阀门突然关闭，水流对阀门及管壁，会产生一个压力。
由于管壁光滑，后续水流在惯性的作用下，迅速达到最大，并产生破坏作用，这就是流体力学当中的“水锤效应”，也就是正水锤。
在供水管道建设中都要考虑这一因素。
相反，关闭的阀门在突然打开后，也会产生水锤，叫负水锤，也有一定的破坏力，但没有前者大。
电动水泵机组突然停电或启动时，同样也会引起压力的冲击和水锤效应。
这种压力的冲击波沿管道传播,极易导致管道局部超压而造成管道破裂、损坏设备等,故水锤效应防护成为供水工程关键性的工艺技术之一。
水锤产生的条件1、阀门突然开启或关闭；2、水泵机组突然停车或开启；3、单管向高处输水（供水地形高差超过20米）；4、水泵总扬程（或工作压力）大；5、输水管道中水流速度过大；6、输水管道过长，且地形变化大。
水锤引起的压强升高，可达管道正常工作压强的几倍，甚至几十倍。
这种大幅度的压强波动，对管路系统造成的危害主要有：1、引起管道强烈振动，管道接头断开；2、破坏阀门，严重的压强过高造成管道爆管，供水管网压力降低；3、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；4、引起水泵反转，破坏泵房内设备或管道，严重的造成泵房淹没，造成人身伤亡等重大事故，影响生产和生活。
对于水锤的防护措施很多，但需根据水锤可能产生的原因，采取不同的措施。
1、降低输水管线的流速，可在一定程度上降低水锤压力，但会增大输水管管径，增加工程投资。
输水管线布置时应考虑尽量避免出现驼峰或坡度剧变。
停泵水锤的大小主要与泵房的几何扬程有关，几何扬程愈高，停泵水锤值也愈大。
因此，应根据当地实际情况选用合理的水泵扬程。
事故停泵后，应待止回阀后管道充满水再启动水泵。
启泵时水泵出口阀门不要全开，否则会产生很大的水冲击。
水电站复习问答题答案
简答题：1、有压进水口高程确定原则及方法？答：原则：（1）要求在出现最低水位运行时，具有一定的淹没深度，以防在进水口处出现漏斗状吸气漩涡，并避免在管道中出现负压。
（2）进水口高程应高于设计淤积高程，保证进水口不被淤积，并防止有害的石块进入引水道。
方法：（1）在漩涡区加设浮排和防涡梁来避免出现吸气漩涡，并保证淹没深度大于0.8m。
（2）在必要的时候，开设排沙孔，以策安全。
2、充水阀作用是什么？其尺寸如何确定？答：作用：在开启闸门前向引水道充水，平衡闸门前后的水压，以便闸门在静水中开启。
尺寸确定方法：根据充水容积、下游漏水量、要求充满水的时间来确定冲水阀的尺寸。
3、水电站引水渠道基本要求是什么？答：（1）有足够的输水能力，并具有适应流量变化能力。
（2）水质要符合要求，防止有害的污物和泥沙进入饮水渠道。
（3）运行安全可靠，做好防冲、防淤、防冰冻措施。
（4）结构设计经济合理，便于施工运行。
4、压力前池的作用？答：（1）加深和加宽渠道以满足压力管道进水口的布置要求。
（2）向各压力管道均匀分配流量并加以必要的控制。
（3）清除水中的污物、泥沙、及浮冰。
（4）宣泄多余水量。
（5）当机组引用流量突然改变时，压力前池起到一定的调节作用，反射压力管道中的水锤波，抑制渠道内水位的过大波动。
5、与引水渠道相比，有压引水隧洞有何优缺点？答：优点：（1）可以采用较短的路线，避免沿线不利的地形、地质条件。
（2）有压隧洞能适应水库水位的大幅度升降和水电站引用流量的迅速变化。
（3）不受冰冻影响，沿程没有水质污染。
（4）运行安全可靠。
缺点：（1）对地形地质条件、施工技术、机械化要求较高。
（2）工程造价单价较高，工期较长。
6、镇墩作用及布置特点是什么？答:作用：承受明管因管道改变方向而产生的不平衡力，将管道固定在山坡上，不允许管道在镇墩发生位移。
布置特点：（1）布置在弯道处，靠自身重量案例保持稳定。
（2）若明管直线段长度超过150m，也需在其中间加设镇墩。
水锤现象及解决方案
水锤现象及解决方案概述水锤是一种在管道系统中常见的液压冲击现象，其产生的原因是由于管道中液体流动速度的突变而导致的液体冲击。
水锤现象在工业领域中具有广泛的应用和影响，它可能会导致管道系统的破裂、设备的损坏以及安全事故的发生。
因此，了解水锤现象的机制以及相应的解决方案非常重要。
水锤现象的原理水锤现象的产生是由于管道中流体的突然停止或改变流动方向所引起的。
当流体突然停止或改变方向时，它具有惯性，会继续向前运动。
这将导致压力的快速增加，形成一个冲击波。
这个冲击波将沿着管道传播，并引起管道壁面的振动和应力的集中。
水锤现象对管道系统的影响1.声音和振动：水锤引起的冲击波会在管道系统中产生噪音和振动，影响设备和工作环境的稳定性。
2.管道的破坏：水锤可以导致管道系统的破裂、弯曲或挤压，进而导致泄漏和损坏。
3.设备故障和损坏：冲击波对连接在管道上的设备会产生额外的应力，可能导致设备的损坏和故障。
4.安全隐患：水锤引起的管道破裂和设备故障可能导致液体泄漏，造成员工和设备的安全隐患。
水锤现象的解决方案为了解决水锤现象带来的负面影响，需要采取以下解决方案：1. 装置缓冲器安装装置缓冲器是减轻水锤冲击力的一种常见方法。
这种装置可以通过提供可压缩空间来吸收冲击波的能量，起到缓冲的作用。
装置缓冲器可以是气室或软质管道，它们能够降低水锤引起的压力变化，并减少对管道系统和设备的应力影响。
2. 安全阀和减压阀安装安全阀和减压阀能够有效地控制和调节管道系统中的压力。
这些阀门可以在压力超过安全范围时打开，释放过剩的压力，并保持系统压力稳定。
通过安装这些阀门，可以减少水锤现象的发生和影响。
3. 管道设计和施工合理的管道设计和施工是预防水锤的关键。
在设计和施工过程中，需要考虑流体的速度和流动方向的变化，采取合适的管道直径和角度，避免突然的流动变化。
此外，管道的支撑和固定也需要合理安排，以减少振动和应力的集中。
4. 定期检查和维护定期检查和维护管道系统是预防水锤现象的重要措施。
水锤现象及研究水锤的目的
9.1
第9章 水电站的水锤与调节保证
Water hammer in hydropower stations
第9章 水电站的水锤与调节保证
9.2
9.1 水锤现象和研究水锤的目的
9.1.1 水锤现象பைடு நூலகம்
（1）水锤现象和定义
水锤（water hammer）定义：水锤又称水击，有压管路中 伴随着流量（流速）变化，各点的压力发生显著变化的现 象，也即通常所谓的有压非恒定流现象。
▪对供电质量影响。 十几—几十秒
十几或几十分钟
第9章 水电站的水锤与调节保证 9.14
9.1.3 水力不稳定现象的计算条件 1．水电站正常运行情况下的负荷变化。 2．水电站事故引起的负荷变化
（通常是计算的控制条件）
第9章 水电站的水锤与调节保证
9.6
Δh 2 1
0 -1 0 -2
A点压力变化（阀门）
2
4
6
8
10
t(L/c)
第9章 水电站的水锤与调节保证
9.7
B点流速变化：（水库）
V0 2 1
0 -1 0 1 -2
B点流速变化（水库）
t(L/c) 23 45 67 89
第9章 水电站的水锤与调节保证
9.8
*摩阻的影响 *阀门关闭历时的影响 *引起水轮机流量变化的原因 ➢小波动、正常运行情况下的负荷变化（如调频峰荷电 站，电网发生变化、库水位变化） ➢大波动、水电站事故引起的负荷变化（输电线或母线 短路，或误操作、通常不会发生，但在机组检修期间）
在电力系统中工作的水电站： •负荷减小或个别回路中断 机组甩部分负荷（仍与电力系 统相连） 水锤压力升高、转速上升
水锤综合实验总结
水锤综合实验总结1. 引言水锤现象是在管道系统中经常遇到的一种压力波现象，它可能对管道系统的安全性和稳定性造成威胁。
为了研究和解决水锤问题，我们进行了一系列的水锤综合实验。
本文将详细探讨这些实验的设计、实施和结果，为解决水锤问题提供有力的参考和指导。
2. 实验设计2.1 实验目的本次实验的目的是研究水锤现象的发生机制和影响因素，以及采取的措施对水锤的减缓效果。
2.2 实验装置实验装置主要包括水泵、管道系统、阀门、压力传感器等。
我们根据实际工程中遇到的情况，设计了一条具有水锤风险的管道系统，以模拟实际场景。
2.3 实验方案我们设计了多个实验方案，涉及不同的变量和措施。
主要的实验方案包括： 1. 单向阀实验：通过在管道系统中加入单向阀，观察水锤现象的变化； 2. 缓冲器实验：在管道系统中加入缓冲器，测试其对水锤的减缓效果； 3. 不同流量实验：改变水泵的流量，探索流量对水锤的影响； 4. 不同阀门操作实验：改变阀门的操作方式，观察不同操作方式对水锤的影响； 5. 不同管道直径实验：改变管道的直径，研究直径对水锤的影响。
3. 实验过程3.1 实验准备在进行实验前，我们对实验装置进行了准确的测量和校准，确保实验数据的准确性。
同时，我们对实验方案进行了详细的讨论，并制定了实验操作步骤。
3.2 实验操作我们依次按照实验方案进行了一系列的实验操作。
在每个实验中，我们记录了压力传感器的数据，并进行了详细的观察和记录。
3.3 数据分析通过对实验数据的分析，我们观察到了不同实验条件下的水锤现象，并比较了其差异。
通过统计分析，我们得出了一些规律和结论。
4. 实验结果与讨论4.1 实验结果根据实验数据的分析，我们得出了以下一些实验结果： 1. 单向阀的加入能有效减轻水锤现象，但并不能完全消除； 2. 缓冲器的使用能明显减缓水锤的影响，使压力波的传播速度变慢； 3. 高流量条件下，水锤现象更为明显，可能对管道系统造成较大的压力冲击； 4. 不同阀门操作方式对水锤的影响有所差异，需要根据实际情况进行选择； 5. 管道直径对水锤的影响不容忽视，直径越大，水锤现象越弱。
第7章 水锤
⑤周期 T 2tr 4L / c 。
t 0
V : V0 0 :
H : H 0 H 0 H
d : d d d
（同号等值反射）
tL C
V : 0 V0 :
H : H 0 H H 0
H c 2 V t g x
同理可得：
2 2 H H 2 c 0 2 2 t x
双曲 型偏 微分 方程
第三节 水锤基本方程和边界条件
2 2 H H 2 c 0 2 2 t x 2 2V V 2 c 0 2 2 t x
式中 V—管道中的流速，向下游为正； H—压力水头； x—距离，管道末端阀门端为原点，指向上游为正。 c—水锤波速。
阀门上游端产生 水击压力升高△H A→A+△A → +△
压力升高管段内： △A很小 △很小
膨胀边界以波速C上移
第二节 水锤现象
研究水锤现象的理论基础 当发生了水击压力升高时，管道 的管壁产生了弹性膨胀，水体受 到了压缩，水的密度有所增加。
A→A+△A → +△
第二节 水锤现象
由冲量原理：单位时间内动量的改变等于所受的外力，即
第二节 水锤现象
假设：
1.简单管；管材、壁厚、管径沿管 长不变。2.不计摩阻; 3.考虑管道和 水体的弹性。 阀门全开流速为 v0,水管末端水头为 H0，水的密度ρ，管径为d。 阀门突然关闭 几个名词： ①水锤波 c
dx ； ②水锤压力 H ； dt
③水锤波入射、反射，水库端异号等 值反射，封闭端同号等值反射； ④相长：水锤波传播一个来回的时间
这两个波的性质是 t 和 x 的组合不变，函数值不变。
浅析水锤的产生原因及预防措施
浅析水锤的产生原因及预防措施摘要:水锤是供水装置中常见的一种物理现象，它在供水装置管路中的破坏力是惊人的，对管网的安全平稳运行是十分有害的，容易造成爆管事故。
包头供水项目部所在的源水装置是中天合创鄂尔多斯煤炭深加工示范项目的一项配套装置，有一条207Km长输水管线，由于管线长、扬程高、工作压力大，易产生水锤，该项目部采取泄压保护技术、安装排气阀等措施，保证装置安全生产运行。
关键词:水锤；原因；措施一.水锤的作用在压力管道系统中，闸或阀的误操作、泵机组的意外断电、进出水池水位的大突变等意外事件以及水泵机组的非正常启停等，都会造成管道内流速剧烈变化，从而引起动量交换，致使水体冲量改变，对管壁、水泵以及阀门等附件产生巨大的冲击力，在水体惯性和可压缩性、管壁弹性以及系统阻力作用下，管道内水的压力和密度不断交替变化，直至稳定，工程上称这一水力过渡过程状态为水锤现象。
在实际工作中，水锤主要为事故关阀水锤和事故停泵水锤。
事故关阀会引起泵和管道内水流流速急剧变化，会造成阀及其连带部件损坏，若遇到某处水管强度不够，又会引发爆管现象；事故停泵，当泵处于制动工况时，管内水压力很可能降至汽化压力而在管道中的某些截面发生水柱分离现象，形成更大的水锤压力，对管壁造成较大的冲击力。
包头水务项目部系长距离输水管道系统，水锤事故发生后水柱分离持续一定的时间，发生再弥合水锤的几率较大，因此如何科学进行水锤分析和及时制订相应水锤防护策略，是包头项目部泵站安全生产中不容忽视的一项重要运行管理内容二.泵站水锤分析对泵站进行水锤分析，需在了解泵系统构成的前提下，对泵系统工况进行分析，以便找出诱发水锤的因素，为制订水锤防护策略提供实际依据．。
1.泵系统构成。
包头水务项目部泵系统由蓄水池、泵进水管路、泵、泵出水管路、长输水管线等组成。
2.正常工况水锤分析。
泵系统正常工况包含正常运行工况和正常开停机工况两种情况。
在正常运行工况下，包头项目部泵站泵系统的主机（包括给水泵和电机）及其辅助设备（包括泵进出口阀、泵出口调节阀、出站调节阀，长输水管线排气阀等）的设备状态是良好的，无诱发故障和事故的因素，管道中水流平稳且挟气量低．包头水务项目部泵站的瞬变过程主要有以下几种：2.1取水口检修闸阀调节流量时引起的水流瞬变过程； 3）进水池检修蝶阀调节水位时引起的水流瞬变过程； 4）压力水箱检修蝶阀调节压力时引起的水流瞬变过程； 5）停机后水流还未达到平稳又按正常开机程序开机的水流瞬变过程； 6）开机后水流还未达到平稳又按正常停机程序停机的水流瞬变过程．由于正常工况下，水流平稳，泵系统不会产生超出设计的压升或压降，因而不会诱发水锤现象．2.2异常工况水锤分析，包头水务项目部泵站泵系统异常工况主要有三类。
水锤分析报告
水锤分析报告1. 简介本篇报告旨在对水锤（Water Hammer）现象进行深入的分析和讨论。
水锤是液压系统中一种常见的液体流动现象，它产生的原因是流体运动的突变引起的瞬时压力波动。
这种压力波动可能对液压系统和管道设备造成严重的损坏和安全隐患。
因此，了解水锤现象的原因、分析方法和防止措施对于保护液压系统的正常运行至关重要。
2. 水锤的原因水锤的产生主要与以下几个因素有关：2.1 瞬时阀门关闭当液体流体系统中的阀门瞬间关闭时，液体的流动速度将突然减小或停止。
由于质量守恒定律，这意味着液体中的动能无法立即消失。
导致液体的动能转化为位能，从而引起压力的瞬间升高。
这种突然的压力变化可能对系统产生不可逆的损坏。
2.2 瞬间阀门打开与瞬时阀门关闭相反，液体流体系统中的阀门瞬间打开时，液体的流动速度将急剧增加。
这导致了瞬时的压力下降，这种压力变化可能会引起水锤。
2.3 气体陷阱在液压系统中，气体陷阱是指一小部分气体被困在液体中，随着液体流动，气体逐渐被压缩。
当流动突然改变速度或方向时，气体可能释放出来，形成压力波动，导致水锤。
3. 水锤的分析方法在液压系统中，我们需要采用适当的方法来分析水锤现象，以评估其对系统的影响。
常用的水锤分析方法包括：3.1 数值模拟方法数值模拟方法使用计算机模型对系统进行建模，并通过求解液体流动方程来模拟水锤现象。
这种方法可以提供详细的动态压力分布和流速变化信息，帮助工程师深入理解水锤现象。
3.2 简化模型方法简化模型方法是通过假设某些条件，简化复杂的水力系统，以便进行分析。
例如，可以使用压力波速度公式和管道特性来估计水锤的传播速度和幅度。
尽管这种方法可能无法提供完整的动态信息，但它可以为水锤问题的快速评估提供有用的近似结果。
3.3 实验方法实验方法是通过设计和进行现场或实验室实验来观察和测量水锤现象。
这种方法可以直接观察到实际系统中的压力变化和流速变化，为水锤问题的解决提供实证依据。
水电站教学大纲
《水电站》教学大纲(附: 说明书)河海大学水电系水电站教研室《水电站》教学大纲课程名称：水电站，４个学分预修课程：水力学，结构力学水利水电规划水电站电气设备教授对象：水利水电建筑工程专业本科班水电站教研室编１９９５. ５印一、课程内容第一章水轮机类型及组成部分水轮机主要类型(反击式、冲击式、混流式、轴流式、可逆式等)及其特点。
水轮机工作参数：水头、流量、出力、效率、力矩和转速等。
混流式水轮机主要组成部分：转轮、导水机构、蜗壳、尾水管。
轴流式水轮机主要组成部分：转轮(轮毂、叶片、泄水锥)、导水机构、蜗壳、尾水管。
水斗式水轮机主要组成部分：转轮、喷嘴、折流板。
蜗壳的功用和型式：蜗壳主要参数(包角、进口流速)选择。
蜗壳主要尺寸的确定。
尾水管的功用、类型和主要尺寸的确定。
第二章水轮机工作原理水流在转轮中的运动。
水轮机基本方程。
水轮机能量损失及效率：水力损失及水力效率，机械损失及机械效率，流量损失及流量效率。
水轮机汽蚀的物理过程及类型、翼型汽蚀的特性。
水轮机的汽蚀系数、吸出高度及安装高程。
第三章水轮机的特性及选型水轮机的相似条件：几何相似、运动相似和动力相似。
水轮机的相似定律及相似公式：单位转速、单位流量、比转速。
混流式水轮机主要综合特性曲线：等开度线、等效率线、出力限制线、等汽蚀系数线；轴流式水轮机主要综合特性曲线。
水轮机运转特性曲线、运转特性曲线的绘制、效率修正、飞逸转速。
水轮机台数和型号的确定，用图表选择水轮机主要参数的方法，水轮机选型中方案比较概念。
第四章水轮机调速设备水轮机调节的任务、水轮机调速器的基本原理、调速器的动特性和静特性、调速器的类型。
第五章水电站的典型布置及组成建筑物水电站的典型布置：坝式、河床式、引水式。
水电站的组成建筑物：挡水建筑物、泄水建筑物、水电站进水建筑物、水电站引水建筑物、水电站平水建筑物、发电、受电和配电建筑物、其它建筑物。
第六章水电站的进水建筑物水电站的进水建筑物的功用和要求。
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第一节水锤现象和研究水锤的目的
一、水锤现象
《水力学》这门课程告诉我们，当压力管道末端的流量发生变化时，管道内将出现非恒定流现象，其特点是随着流速的改变压强有较显著的变化，这种现象称为水锤（亦称水击）。
图14-1为一压力管道的示意图。
管道末端有一节流阀A；阀门全开时管道中的恒定流速为Vo,若忽略水头损失，管末水头为Ho ,管道直径为do，水的密度为ρo。
当阀门突然关闭（关闭时间
=0)后，阀门处的流速为零，管道中的水体由于惯性作用，仍以流速Vo 流向阀门，首先使靠近阀门dx长的一段水体受到压缩，如图14-
1（a），在该段长度内，流速减为零，水头增至Ho +△H,水的密度增至ρo+△ρ,管径增至do +△d。
由于dx上游水体未受到阀门关闭的影响，仍以流速Vo流向下游，使靠近dx上游的另一段水体又受到压缩，其结果使流速、压强、水的密度和管径变化与dx段相同。
这样，整个压力管道中的水体便逐步被压缩。
水头变化△H称水锤压强，其前峰的传播速度c称水锤波速。
当时间t=L/c（L为管长）时，水锤波传到B点。
B点的左边为水库，压强不变，右边的压强比左边高△H,不能平衡，管道中的水体被挤向水库，其流速为Vo,使管道进口的压强恢复到初始状态Ho ,水的密度和管径也恢复到初始状态ρo和do.可以看出，水锤波在B点发生了反射，反射波的绝对值与入射波相同，均为△H,但符号相反，即由升压波反射为降压波，故B点的反射规律为异号等值反射，这是水库对水锤波反射的特点。
B点的反射波以速度c向下游传播，反射波所到之处，消除了升压波的影响，使管道中水的压强、密度和管径都恢复到初始状态，但流速方向与初始状态相反，见图14-1(b)。
当t=2L/c时，管道中的压强虽恢复正常，但其中的水体仍以流速Vo 向上游流动，由于阀门是关闭的，要求流速为零，故此向上游的流速Vo必然在阀门处引起一个压降△H，可以看出，水库反射波在阀门处再一次发生反射，其数值和符号均不变，即降压波仍反射为降压波，故A 点的反射规律为同号等值反射，这是阀门完全关闭状态下的反射特点。
阀门处的反射波仍以速度Vo向上游传播，所到之处，管道内压强降为Ho-△H,管径减为do-△d,水的密度变为Po-△P,流速变为零，如图14-1（c）所示。
当t=3L/c时，阀门的反射波到达B点，B点右边管道中的压强比左边水库低△H，压强仍不能平衡，水库中的水体必然以流速Vo挤人水管，使水管的压强逐步恢复正常，如图14-1 (d）。
可见，水库将阀门反射回来的降压波又反射成升压波，以速度c传播回去，其值仍为△H,这是符合水库的“异号等值”反射规律的。
当t=4L/c时，水库第二次的反射波又到达A点，此时整个压力管道中的压强和流速都恢复到初始状态。
因此，时间t=4L/c称为水锤波的“周期”。
此后水锤现象又重复以上过程。
水锤波在管道中传播一个来回的时间t=2L/c,称为水锤波的“相”，两相为一周期。
图 14-1 压力管道水锤示意图
以上讨论忽略了摩阻的影响，摩阻的存在将带来能量的损耗，实际上，水锤波在管道中的传播不是一个振幅不变的持续振荡，而是逐渐衰减趋于消失。
实际上阀门不可能突然关闭，总有一定的历时，其水锤现象比突然
关闭情况要复杂得多，但上述水锤波传播和反射的规律仍然适用，下面我们将逐步加以讨论。
压力管道的末端装有水轮机，改变流量的机构为导叶或阀门。
引起水轮机流量变化的原因很多，可归纳为两类。
1、水电站正常运行情况下的负荷变化
电力系统的负荷是随着时间改变的，如水电站担任峰荷或调频，则其负荷和水轮机的流量将时刻处于变化之中，但这类变化一般比较缓慢，由此引起的水锤现象一般不起控制作用。
在水电站正常运行中也可能发生较大的负荷变化，例如，系统中某电站突然事故停机或投人运行，某大型用电设备的启动或停机，等等，都可能要求本电站突然带上或丢弃较大负荷，以适应系统的供电要求。
2、水电站事故引起的负荷变化
引起水电站丢弃全部或部分负荷的事故有：输电线或母线短路，主要设备发生故障（如水轮发电机组轴承过热、调速系统故障等）及有关建筑物发生事故等等。
输电线或母线短路，视主结线形式和短路性质，可能迫使水电站丢弃全部负荷或部分负荷；主要设备故障一般只使发生故障的机组停机。
水电站事故引起的负荷变化一般较大，常是水锤计算的控制情况。
二、研究水锤现象的目的
水锤现象是各类水电站所共有。
研究水锤现象的目的可归纳为以下四种。
(l)计算水电站过水系统的最大内水压强，作为设计或校核压力管道、蜗壳和水轮机强度的依据。
(2）计算过水系统的最小内水压强，作为布置压力管道的路线（防止压力水管内发生真空）和检验尾水管内真空度的依据。
(3）研究水锤现象与机组运行（如机组转速变化和运行的稳定性等）的关系。
(4）研究减小水锤压强的措施。
水锤现象也往往是引起压力管道和机组振动的原因之一。
对于明钢管，应研究水锤引起管道振动的可能性。