复杂管道水锤计算

复杂管道水锤计算
在实际工程中，常见的是复杂管路系统，共有三种类型 (1)串联管:管壁厚度、直径和材料随水头增加自上而下逐 段改变。 (2)分岔管: 这在分组供水和联合供水中经常遇到。 (3)蜗壳和尾水管: 装有反击式水轮机的管道系统，应考 虑蜗壳和尾水管的影响，而且其过流特性与孔口出流不 一样，流量不仅与作用水头有关，而且与水轮机的机型 和转速有关。

一、串联管水锤的简化计算
等价水管法: 把串联管转化为等价的简单管来计算 等价原则： 管长、相长、管中水体动能与原管相同

设一根串联管的管道特性为：
L1，V1，c1； L2，V2，c2； …… ；Ln，Vn，cn
(1) (2) 等价管的总长为：
L=
∑L
i =1
n
i
根据管中水体动能不变的要求:
LVm=L1V1+L2V2+……+LnVn=∑LiVi ， + + ∑
由此可得加权平均流速：
Vm =
(3)
∑ LV
i =1
n
i i
L
根据相长不变的要求，水锤波按平均波速由断面A传到断面B所需的时
间等于水锤波在各段传播时间的总和， 即
L L1 L2 Ln Li = + + LL + =∑ cm c1 c2 cn i =1 ci
n
cm =
L
∑
n
i =1
Li ci

对于间接水锤，管道的平均特性常数为
a mVm ρm = 2gH 0 g
LVm σ m= gH 0Ts
2L tr = am
求出管道平均特性常数后，可按简单管的间接水锤计 算公式求出复杂管道的间接水锤值。

二、分岔管的水锤压力计算
分岔管的水锤计算方法之一是截肢法。 特点：当机组同时关闭时，选取总长为最大的一根支管， 将其余的支管截掉，变成串联管道，然后用各管段中实际流 量求出各管段的流速，再用加权平均的方法求出串联管中的 平均流速和平均波速，最后采用串联管的简化公式相应地求 出水击值。

三、蜗壳、尾水管水锤压力计算
(1) 首先将蜗壳视作压力水管的延续部分，并假想把导叶移 至蜗壳的末端，尾水管也作为压力管道的一部分,把压力管 道、蜗壳和尾水管组合视为一串联管，再将该串联管简化 为等价简单管进行计算。 设压力水管、蜗壳及尾水管长度、平均流速和水锤波速分别 为LT、VT、cT；Lc、Vc、cc；Lb 、Vb、cb，
则
L=LT+Lc+ Lb
Vc + Lb Vb)/L
Vm=( LT VT +Lc
LT Lc Lb a m = L /( + + ) aT a c a b

(2) 以管道、蜗壳、尾水管三部分水体动能为权，将水击锤力 值
ξ 进行分配，求出压力管道、蜗壳末端和尾水管进口的
LTVT = ξ ( LT + Lc + Lb )Vm
水锤压力。 压力水管末端最大压力上升相对值为： ξ 蜗壳末端最大水锤压力上升相对值：
T
LT VT + LcVc ξc = ξ ( LT + Lc + Lb )Vm LbVb yb = ξ (LT + Lc + Lb )Vm
尾水管进口处压力下降相对值为：
注：尾水管在导叶或阀门之后，水击现象与压力管道相反。

(3) 求出尾水管的负水锤后，应校核尾水管进口处的真空 度Hr，以防水流中断。
Vb2 H r = H s + yb H 0 + < 8 ~ 9m 2g
式中
Hs — 水轮机的吸出高度； Vb — 尾水管进口断面在出现yb时的流速。
注：对于中高水头水电站：压力管道较长，蜗壳和尾水 管的影响较小，通常可略去不计。 对于低水头水电站：必须考虑蜗壳和尾水管的 影响 ，而尾水管的影响往往较蜗壳更为显著。

第六节
机组转速变化计算
水轮机调节机构开始关闭导叶，水轮机的引用流量逐渐减小， 机组出力逐渐下降，同时在引水系统产生水锤压力。当关闭到空 转开度时，出力变为零，导叶关闭过程中所产生的能量，完全被 机组转动部分所消耗，造成机组转速的升高。 在机组调节过程中，转速变化通常以相对值表示，称为转速变 化率β。
丢弃负荷： 增加负荷：
n max − n0 β= n0 n 0 − n min β = n0

一、机组转速变化率计算近似公式
(一) 列宁格勒金属工厂公式
丢弃负荷时：
365 N 0Ts1 f β = 1+ −1 2 2 n0 GD
365 N 0Ts1 f β = 1− 1− 2 n0 GD 2
增加负荷时

减压阀装置示意图减阀装意图