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1、第八章水电站的水击与调节保证计算第八章水电站的水击与调节保证计算第一节第一节第一节第一节 水击现象及传播速度水击现象及传播速度水击现象及传播速度水击现象及传播速度第二节第二节第二节第二节 水击最大值的计算水击最大值的计算水击最大值的计算水击最大值的计算第三节第三节第三节第三节 机组转速变化计算机组转速变化计算机组转速变化计算机组转速变化计算第四节第四节第四节第四节 减小水击压强的措施减小水击压强的措施减小水击压强的措施减小水击压强的措施第五节第五节第五节第五节 调压室调压室调压室调压室第一节第一节第一节第一节 水击现象及传播速度水击现象及传播速度水击现象及传播速度水击现象及传播速度一、水击现象
2、及其危害一、水击现象及其危害一、水击现象及其危害一、水击现象及其危害二、水击波的传播速度二、水击波的传播速度二、水击波的传播速度二、水击波的传播速度三、直接水击与间接水击三、直接水击与间接水击三、直接水击与间接水击三、直接水击与间接水击四、研究水击的目的四、研究水击的目的四、研究水击的目的四、研究水击的目的一、水击现象及其危害一、水击现象及其危害一、水击现象及其危害一、水击现象及其危害（一）水击现象（一）水击现象（一）水击现象（一）水击现象（二）水击传播过程（二）水击传播过程（二）水击传播过程（二）水击传播过程（三）水击的危害（三）水击的危害（三）水击的危害（三）水击的危害（一）水击现象（一）
3、水击现象（一）水击现象（一）水击现象 伴随着压力管道内水流流速的突然改变而产生压强升高(或降低)的现象称为水击现象动画演示（二）水击传播过程（二）水击传播过程（二）水击传播过程（二）水击传播过程第一状态第一状态第一状态第一状态:0tL/:0tL/:0tL/:0tL/a a第二状态第二状态第二状态第二状态:L/:L/:L/:L/a a t2L/t2L/t2L/t2L/a a第三状态第三状态第三状态第三状态:2L/:2L/:2L/:2L/a a t3L/t3L/t3L/t3L/a a第二状态第二状态第二状态第二状态:3L/:3L/:3L/:3L/a a t4L/t4L/t4L/t4L/a a（三）
4、水击的危害（三）水击的危害（三）水击的危害（三）水击的危害水击现象对水电站有压引水系统和机组的运行均有不利影水击现象对水电站有压引水系统和机组的运行均有不利影水击现象对水电站有压引水系统和机组的运行均有不利影水击现象对水电站有压引水系统和机组的运行均有不利影响。若水击压强升高过大，可能会导致压力水管强度不够响。若水击压强升高过大，可能会导致压力水管强度不够响。若水击压强升高过大，可能会导致压力水管强度不够响。若水击压强升高过大，可能会导致压力水管强度不够而爆裂；若尾水管中的水击压力降低过多，形成过大的负而爆裂；若尾水管中的水击压力降低过多，形成过大的负而爆裂；若尾水管中的水击压力降低过多，形成
5、过大的负而爆裂；若尾水管中的水击压力降低过多，形成过大的负压，可能使尾水管发生严重的汽蚀，水轮机运行时机组会压，可能使尾水管发生严重的汽蚀，水轮机运行时机组会压，可能使尾水管发生严重的汽蚀，水轮机运行时机组会压，可能使尾水管发生严重的汽蚀，水轮机运行时机组会产生强烈振动；水击压力的上下波动，将影响机组稳定运产生强烈振动；水击压力的上下波动，将影响机组稳定运产生强烈振动；水击压力的上下波动，将影响机组稳定运产生强烈振动；水击压力的上下波动，将影响机组稳定运行和供电质量；同时，水击现象还可能引起明钢管的振动行和供电质量；同时，水击现象还可能引起明钢管的振动行和供电质量；同时，水击现象还可能引起明钢
6、管的振动行和供电质量；同时，水击现象还可能引起明钢管的振动破坏。因此，为了保证工程运行的安全可靠，必须研究水破坏。因此，为了保证工程运行的安全可靠，必须研究水破坏。因此，为了保证工程运行的安全可靠，必须研究水破坏。因此，为了保证工程运行的安全可靠，必须研究水击现象，以便采取工程措施，防止水击压强过大，避免对击现象，以便采取工程措施，防止水击压强过大，避免对击现象，以便采取工程措施，防止水击压强过大，避免对击现象，以便采取工程措施，防止水击压强过大，避免对工程带来危害。工程带来危害。工程带来危害。工程带来危害。二、水击波的传播速度二、水击波的传播速度二、水击波的传播速度二、水击波的传播速度 水击
7、波的传播是水击现象的主要特征，水水击波的传播是水击现象的主要特征，水水击波的传播是水击现象的主要特征，水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，其大小主要与击波速是水击研究的重要参数，其大小主要与击波速是水击研究的重要参数，其大小主要与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压力水管的直径压力水管的直径压力水管的直径D D D D，管壁厚度，管壁（或衬砌），管壁厚度，管壁（或衬砌），管壁厚度，管壁（或衬砌），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材料的弹性模量和水的体积弹性模量等因素有材料的弹性模量和水的体积弹性模量等因素有材料的
8、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，并计及关。根据水流连续性原理和动量定律，并计及关。根据水流连续性原理和动量定律，并计及关。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，可得水击波传播水体的压缩性与管壁的弹性，可得水击波传播水体的压缩性与管壁的弹性，可得水击波传播水体的压缩性与管壁的弹性，可得水击波传播速度为：速度为：速度为：速度为：明钢管：明钢管：明钢管：明钢管：钢筋混凝土管：钢筋混凝土管：钢筋混凝土管：钢筋混凝土管：计算水击波速度时，对于不同的管材计算水击波速度时，对于不同的管材计算水击波速度时，对于不同的管材计算水击波速度时，对于不同的管
9、材K K K K值是不同的值是不同的值是不同的值是不同的埋藏式钢管：埋藏式钢管：埋藏式钢管：埋藏式钢管：坚固岩石中的不衬砌隧洞：坚固岩石中的不衬砌隧洞：坚固岩石中的不衬砌隧洞：坚固岩石中的不衬砌隧洞：对于缺乏资料的情况下水击波的速度可按以下数据对于缺乏资料的情况下水击波的速度可按以下数据对于缺乏资料的情况下水击波的速度可按以下数据对于缺乏资料的情况下水击波的速度可按以下数据:明钢明钢明钢明钢管管管管1000m/s;1000m/s;1000m/s;1000m/s;埋藏式钢管埋藏式钢管埋藏式钢管埋藏式钢管1200m/s1200m/s1200m/s1200m/s三、直接水击与间接水击三、直接水击与间
10、接水击三、直接水击与间接水击三、直接水击与间接水击 若阀门（或导水叶）开度的调节时间若阀门（或导水叶）开度的调节时间若阀门（或导水叶）开度的调节时间若阀门（或导水叶）开度的调节时间 ，则在水库反，则在水库反，则在水库反，则在水库反射波到达水管末端的阀门之前，阀门开度变化已经结束。射波到达水管末端的阀门之前，阀门开度变化已经结束。射波到达水管末端的阀门之前，阀门开度变化已经结束。射波到达水管末端的阀门之前，阀门开度变化已经结束。阀门处的最大水击压强不会受水库反射波的影响，这种水阀门处的最大水击压强不会受水库反射波的影响，这种水阀门处的最大水击压强不会受水库反射波的影响，这种水阀门处的最大水击压强
11、不会受水库反射波的影响，这种水击称为直接水击，其数值很大，工程中应绝对避免。击称为直接水击，其数值很大，工程中应绝对避免。击称为直接水击，其数值很大，工程中应绝对避免。击称为直接水击，其数值很大，工程中应绝对避免。若若若若 ，则当阀门尚未完全关闭时，从水库反射，则当阀门尚未完全关闭时，从水库反射，则当阀门尚未完全关闭时，从水库反射，则当阀门尚未完全关闭时，从水库反射回来的第一个降压顺行波已达到阀门处，从而使阀门处的回来的第一个降压顺行波已达到阀门处，从而使阀门处的回来的第一个降压顺行波已达到阀门处，从而使阀门处的回来的第一个降压顺行波已达到阀门处，从而使阀门处的水击压强在尚未达到最大值时就受到
12、降压顺行波的影响而水击压强在尚未达到最大值时就受到降压顺行波的影响而水击压强在尚未达到最大值时就受到降压顺行波的影响而水击压强在尚未达到最大值时就受到降压顺行波的影响而减小。这种水击称为间接水击，是经常发生的水击现象。减小。这种水击称为间接水击，是经常发生的水击现象。减小。这种水击称为间接水击，是经常发生的水击现象。减小。这种水击称为间接水击，是经常发生的水击现象。四、研究水击的目的四、研究水击的目的四、研究水击的目的四、研究水击的目的（1 1 1 1）计算水电站引水系统水击压强的最大升高值，）计算水电站引水系统水击压强的最大升高值，）计算水电站引水系统水击压强的最大升高值，）计算水电站引水系
13、统水击压强的最大升高值，以确定压力管道、蜗壳和水轮机强度设计的最大内水以确定压力管道、蜗壳和水轮机强度设计的最大内水以确定压力管道、蜗壳和水轮机强度设计的最大内水以确定压力管道、蜗壳和水轮机强度设计的最大内水压强，作为强度设计或校核的依据；压强，作为强度设计或校核的依据；压强，作为强度设计或校核的依据；压强，作为强度设计或校核的依据；（2 2 2 2）计算水电站引水系统水击压强的最大降低值，）计算水电站引水系统水击压强的最大降低值，）计算水电站引水系统水击压强的最大降低值，）计算水电站引水系统水击压强的最大降低值，以确定其最小内水压强，作为布置压力管道路线（防以确定其最小内水压强，作为布置压力
14、管道路线（防以确定其最小内水压强，作为布置压力管道路线（防以确定其最小内水压强，作为布置压力管道路线（防止压力水管发生真空）及校核尾水管内真空度的依据；止压力水管发生真空）及校核尾水管内真空度的依据；止压力水管发生真空）及校核尾水管内真空度的依据；止压力水管发生真空）及校核尾水管内真空度的依据；（3 3 3 3）研究水击与机组稳定运行的关系。水击压强的）研究水击与机组稳定运行的关系。水击压强的）研究水击与机组稳定运行的关系。水击压强的）研究水击与机组稳定运行的关系。水击压强的最大升高值与最大降低值是机组调节保证的依据；最大升高值与最大降低值是机组调节保证的依据；最大升高值与最大降低值是机组调节
15、保证的依据；最大升高值与最大降低值是机组调节保证的依据；（4 4 4 4）研究降低水击压强的措施。）研究降低水击压强的措施。）研究降低水击压强的措施。）研究降低水击压强的措施。第二节第二节第二节第二节 水击最大值的计算水击最大值的计算水击最大值的计算水击最大值的计算一、水击的连锁方程一、水击的连锁方程一、水击的连锁方程一、水击的连锁方程二、水击计算的边界条件二、水击计算的边界条件二、水击计算的边界条件二、水击计算的边界条件三、简单管道最大水击值的计算三、简单管道最大水击值的计算三、简单管道最大水击值的计算三、简单管道最大水击值的计算四四四四 、复杂管道的水击计算方法、复杂管道的水击计算方法、复
16、杂管道的水击计算方法、复杂管道的水击计算方法五、水击压强沿管线的分布五、水击压强沿管线的分布五、水击压强沿管线的分布五、水击压强沿管线的分布 一、水击的连锁方程一、水击的连锁方程一、水击的连锁方程一、水击的连锁方程（一）水击的基本方程（一）水击的基本方程（一）水击的基本方程（一）水击的基本方程 (8-8)(8-8)(8-8)(8-8)(8-9)(8-9)(8-9)(8-9)两式加减处理得：两式加减处理得：两式加减处理得：两式加减处理得：(8-10)(8-10)(8-10)(8-10)(8-11)(8-11)(8-11)(8-11)（二）水击特征方程（二）水击特征方程（二）水击特征方程（二）水击
17、特征方程如图如图如图如图8-48-48-48-4所示，观察压力管道中所示，观察压力管道中所示，观察压力管道中所示，观察压力管道中A A A A、B B B B两点，两点，两点，两点，B B B B点在点在点在点在A A A A点上游，设点上游，设点上游，设点上游，设向上游为向上游为向上游为向上游为x x x x正方向。令：某逆行水击波在正方向。令：某逆行水击波在正方向。令：某逆行水击波在正方向。令：某逆行水击波在t t t t1 1 1 1时刻传到时刻传到时刻传到时刻传到A A A A点时该点时该点时该点时该处的压强水头为处的压强水头为处的压强水头为处的压强水头为 ，流速为，流速为，流速为，流
18、速为 ，该水击波在，该水击波在，该水击波在，该水击波在t t t t2 2 2 2时刻传到时刻传到时刻传到时刻传到B B B B点点点点时该处压强水头时该处压强水头时该处压强水头时该处压强水头 ，流速，流速，流速，流速 。将此情况代入式（。将此情况代入式（。将此情况代入式（。将此情况代入式（8-108-108-108-10），），），），整理后得：整理后得：整理后得：整理后得：(8-12)(8-12)(8-12)(8-12)同理，对于顺行波可得：同理，对于顺行波可得：同理，对于顺行波可得：同理，对于顺行波可得：（8-138-138-138-13）（三）水击连锁方程（三）水击连锁方程（三）水击连
19、锁方程（三）水击连锁方程水击特征方程无量纲形式成为连锁方程。水击特征方程无量纲形式成为连锁方程。水击特征方程无量纲形式成为连锁方程。水击特征方程无量纲形式成为连锁方程。逆行波逆行波逆行波逆行波 顺顺顺顺行波行波行波行波 式中：式中：式中：式中：利用上两式可求得水击发生过程的全部解。因必须利用上两式可求得水击发生过程的全部解。因必须利用上两式可求得水击发生过程的全部解。因必须利用上两式可求得水击发生过程的全部解。因必须逐次连锁求解，故称为水击连锁方程。该方程的适用条逐次连锁求解，故称为水击连锁方程。该方程的适用条逐次连锁求解，故称为水击连锁方程。该方程的适用条逐次连锁求解，故称为水击连锁方程。该
20、方程的适用条件是管道的材料、管壁厚度及管径沿管长不变。件是管道的材料、管壁厚度及管径沿管长不变。件是管道的材料、管壁厚度及管径沿管长不变。件是管道的材料、管壁厚度及管径沿管长不变。二、水击计算的边界条件二、水击计算的边界条件二、水击计算的边界条件二、水击计算的边界条件1 1 1 1、初始条件、初始条件、初始条件、初始条件初始条件是阀门（或导水叶）尚未发生变化的情况，此时初始条件是阀门（或导水叶）尚未发生变化的情况，此时初始条件是阀门（或导水叶）尚未发生变化的情况，此时初始条件是阀门（或导水叶）尚未发生变化的情况，此时管道内水流为恒定流，其平均流速为管道内水流为恒定流，其平均流速为管道内水流为恒
21、定流，其平均流速为管道内水流为恒定流，其平均流速为V V V V0 0 0 0，电站静水头为，电站静水头为，电站静水头为，电站静水头为H H H H0 0 0 0。2 2 2 2、边界条件、边界条件、边界条件、边界条件（1 1 1 1）阀门端）阀门端）阀门端）阀门端A A A A:（2 2 2 2）封闭端）封闭端）封闭端）封闭端A:A:A:A:（3 3 3 3）压力水管进口端）压力水管进口端）压力水管进口端）压力水管进口端B:B:B:B:（4 4 4 4）管径变化点）管径变化点）管径变化点）管径变化点C:C:C:C:（5 5 5 5）分岔点）分岔点）分岔点）分岔点D D D D:,三、简单管道
22、最大水击值的计算三、简单管道最大水击值的计算三、简单管道最大水击值的计算三、简单管道最大水击值的计算水击计算的两个假定：水击计算的两个假定：水击计算的两个假定：水击计算的两个假定：（1 1 1 1）水轮机导叶（或喷嘴）的出流条件符合孔口出）水轮机导叶（或喷嘴）的出流条件符合孔口出）水轮机导叶（或喷嘴）的出流条件符合孔口出）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，对反击式水流。这一假定对冲击式水轮机是适合的，对反击式水流。这一假定对冲击式水轮机是适合的，对反击式水流。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。轮机是近似的。轮机是近似的。轮机是近似
23、的。（2 2 2 2）在）在）在）在TSTSTSTS时段内导叶（或喷嘴）的开度变化与启闭时段内导叶（或喷嘴）的开度变化与启闭时段内导叶（或喷嘴）的开度变化与启闭时段内导叶（或喷嘴）的开度变化与启闭时间成直线关系。时间成直线关系。时间成直线关系。时间成直线关系。关关关关闭时闭时闭时闭时：开启开启开启开启时时时时：（一）直接水击计算（一）直接水击计算（一）直接水击计算（一）直接水击计算直接水击压强往往很大，例如当起始流速直接水击压强往往很大，例如当起始流速直接水击压强往往很大，例如当起始流速直接水击压强往往很大，例如当起始流速V V V V0 0 0 0=5m/s=5m/s=5m/s=5m/s、a
24、 a=1000m/s=1000m/s=1000m/s=1000m/s的压力管道上，突然快速全部关闭，则：的压力管道上，突然快速全部关闭，则：的压力管道上，突然快速全部关闭，则：的压力管道上，突然快速全部关闭，则：m m m m，直接水击数值很大，因，直接水击数值很大，因，直接水击数值很大，因，直接水击数值很大，因此，应当避免发生直接水击。此，应当避免发生直接水击。此，应当避免发生直接水击。此，应当避免发生直接水击。（二）间接水击计算（二）间接水击计算（二）间接水击计算（二）间接水击计算 间接水击是水电站压力引水系统中经常发生的水击间接水击是水电站压力引水系统中经常发生的水击间接水击是水电站压力
25、引水系统中经常发生的水击间接水击是水电站压力引水系统中经常发生的水击现象。根据对水击现象的研究，对于阀门（或导叶）依现象。根据对水击现象的研究，对于阀门（或导叶）依现象。根据对水击现象的研究，对于阀门（或导叶）依现象。根据对水击现象的研究，对于阀门（或导叶）依直线规律启闭的简单管时，间接水击最大值的发生只有直线规律启闭的简单管时，间接水击最大值的发生只有直线规律启闭的简单管时，间接水击最大值的发生只有直线规律启闭的简单管时，间接水击最大值的发生只有第一相水击和末相水击两种情况。最大值发生在水击第第一相水击和末相水击两种情况。最大值发生在水击第第一相水击和末相水击两种情况。最大值发生在水击第第一
26、相水击和末相水击两种情况。最大值发生在水击第一相末时称为第一相水击，发生在阀门关闭终了那一相一相末时称为第一相水击，发生在阀门关闭终了那一相一相末时称为第一相水击，发生在阀门关闭终了那一相一相末时称为第一相水击，发生在阀门关闭终了那一相末的水击称为末相水击。末的水击称为末相水击。末的水击称为末相水击。末的水击称为末相水击。1.1.1.1.第一相水击计算第一相水击计算第一相水击计算第一相水击计算阀门关闭时：阀门关闭时：阀门关闭时：阀门关闭时：阀门开启时：阀门开启时：阀门开启时：阀门开启时：简化公式：简化公式：简化公式：简化公式：阀门关闭时：阀门关闭时：阀门关闭时：阀门关闭时：阀门开启时：阀门开启
27、时：阀门开启时：阀门开启时：2.2.末相水击计算末相水击计算末相水击计算末相水击计算 简化公式：简化公式：简化公式：简化公式：3 3、第一相水击和末相水击的判别、第一相水击和末相水击的判别、第一相水击和末相水击的判别、第一相水击和末相水击的判别水击的类型可以根据水击的类型可以根据水击的类型可以根据水击的类型可以根据0 0 0 0和和和和的值从图中查的值从图中查的值从图中查的值从图中查出。图中有出。图中有出。图中有出。图中有6 6 6 6个区域，根个区域，根个区域，根个区域，根据据据据0 0 0 0和和和和 两坐标交两坐标交两坐标交两坐标交点落在的区域即可判别点落在的区域即可判别点落在的区域即可
28、判别点落在的区域即可判别水击的类型水击的类型水击的类型水击的类型。值得注意值得注意值得注意值得注意的是：应用简化公式计的是：应用简化公式计的是：应用简化公式计的是：应用简化公式计算出的算出的算出的算出的 值必须小于值必须小于值必须小于值必须小于0.50.5，否则不能采用简化公，否则不能采用简化公，否则不能采用简化公，否则不能采用简化公式计算。式计算。式计算。式计算。四、复杂管道水击计算简化方法四、复杂管道水击计算简化方法四、复杂管道水击计算简化方法四、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。复杂管路可分实际工程中经常遇到的是复杂管路系统。复杂管路可分实际工程中经常遇到的是
29、复杂管路系统。复杂管路可分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。类型。类型。类型。串联管串联管串联管串联管分岔管分岔管分岔管分岔管（一）串联管水击计算的简化方法（一）串联管水击计算的简化方法（一）串联管水击计算的简化方法（一）串联管水击计算的简化方法 在实际工程中常用在实际工程中常用在实际工程中常用在实际工程中常用“等价水管法等价水管法等价水管法等价水管法”简化计算串联管。
30、简化计算串联管。简化计算串联管。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，该等价简单管是设想用一根等价的简单管来代替串联管，该等价简单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在管长、管中水体动能及水击波传播时间等方面与被代替在管长、管中水体动能及水击波传播时间等方面与被代替在管长、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。的原串联管相同。的原串联管相同。的原串联管相同。（1 1）等价管的总长与原串联管相同）等价管的总长与原串联管相同）等价管的总长与原串联管
31、相同）等价管的总长与原串联管相同 （2 2 2 2）等价管中水体动能与串联管相同）等价管中水体动能与串联管相同）等价管中水体动能与串联管相同）等价管中水体动能与串联管相同 （3 3 3 3）等价管中水）等价管中水）等价管中水）等价管中水击击击击波波波波传传传传播播播播时间时间时间时间与串与串与串与串联联联联管相同，管相同，管相同，管相同，等价简单管的两个平均水管特性系数为：等价简单管的两个平均水管特性系数为：等价简单管的两个平均水管特性系数为：等价简单管的两个平均水管特性系数为：（二）分岔管水击计算的简化方法（二）分岔管水击计算的简化方法（二）分岔管水击计算的简化方法（二）分岔管水击计算的简化
32、方法 设想将由主管供水的所有机组合并成一台大机组，装在设想将由主管供水的所有机组合并成一台大机组，装在设想将由主管供水的所有机组合并成一台大机组，装在设想将由主管供水的所有机组合并成一台大机组，装在一根最长的支管末端。其引用流量为各机组引用流量之和，一根最长的支管末端。其引用流量为各机组引用流量之和，一根最长的支管末端。其引用流量为各机组引用流量之和，一根最长的支管末端。其引用流量为各机组引用流量之和，最长支管的横断面积为各支管横断面积之和，主管横断面最长支管的横断面积为各支管横断面积之和，主管横断面最长支管的横断面积为各支管横断面积之和，主管横断面最长支管的横断面积为各支管横断面积之和，主管
33、横断面积不变。这样，将布置有分岔的复杂管路首先简化作串联积不变。这样，将布置有分岔的复杂管路首先简化作串联积不变。这样，将布置有分岔的复杂管路首先简化作串联积不变。这样，将布置有分岔的复杂管路首先简化作串联管，然后再用上述管，然后再用上述管，然后再用上述管，然后再用上述“等价管法等价管法等价管法等价管法”进行水击计算。当主管很进行水击计算。当主管很进行水击计算。当主管很进行水击计算。当主管很长而支管相对而言很短时，采用这种简化方法。其计算精长而支管相对而言很短时，采用这种简化方法。其计算精长而支管相对而言很短时，采用这种简化方法。其计算精长而支管相对而言很短时，采用这种简化方法。其计算精度一般
34、可满足工程要求，但当主、支管长度相差不太大的度一般可满足工程要求，但当主、支管长度相差不太大的度一般可满足工程要求，但当主、支管长度相差不太大的度一般可满足工程要求，但当主、支管长度相差不太大的情况（例如对于布置有分岔管的低水头电站），其计算结情况（例如对于布置有分岔管的低水头电站），其计算结情况（例如对于布置有分岔管的低水头电站），其计算结情况（例如对于布置有分岔管的低水头电站），其计算结果是相当粗略的。果是相当粗略的。果是相当粗略的。果是相当粗略的。（三）（三）（三）（三）考虑蜗壳和尾水管影响的管道系统的水击计算考虑蜗壳和尾水管影响的管道系统的水击计算考虑蜗壳和尾水管影响的管道系统的水击计
35、算考虑蜗壳和尾水管影响的管道系统的水击计算 水轮机在导叶突然启闭时，其蜗壳和尾水管也将发生水击，水轮机在导叶突然启闭时，其蜗壳和尾水管也将发生水击，水轮机在导叶突然启闭时，其蜗壳和尾水管也将发生水击，水轮机在导叶突然启闭时，其蜗壳和尾水管也将发生水击，蜗壳相当于压力水管的延续部分，其水击现象与压力管道蜗壳相当于压力水管的延续部分，其水击现象与压力管道蜗壳相当于压力水管的延续部分，其水击现象与压力管道蜗壳相当于压力水管的延续部分，其水击现象与压力管道中的水击现象相同；尾水管位于导叶之后，其水击现象与中的水击现象相同；尾水管位于导叶之后，其水击现象与中的水击现象相同；尾水管位于导叶之后，其水击现象
36、与中的水击现象相同；尾水管位于导叶之后，其水击现象与压力管道中的水击现象相反。高水头、长压力管道的电站，压力管道中的水击现象相反。高水头、长压力管道的电站，压力管道中的水击现象相反。高水头、长压力管道的电站，压力管道中的水击现象相反。高水头、长压力管道的电站，因蜗壳和尾水管相对很短，对水击影响可忽略不计；但对因蜗壳和尾水管相对很短，对水击影响可忽略不计；但对因蜗壳和尾水管相对很短，对水击影响可忽略不计；但对因蜗壳和尾水管相对很短，对水击影响可忽略不计；但对低水头、短压力管道水电站，蜗壳和尾水管的长度占电站低水头、短压力管道水电站，蜗壳和尾水管的长度占电站低水头、短压力管道水电站，蜗壳和尾水管的
37、长度占电站低水头、短压力管道水电站，蜗壳和尾水管的长度占电站压力引水系统比重较大时，应当考虑其影响。压力引水系统比重较大时，应当考虑其影响。压力引水系统比重较大时，应当考虑其影响。压力引水系统比重较大时，应当考虑其影响。由于蜗壳和尾水管中的流态极为复杂，断面又沿长度变化，由于蜗壳和尾水管中的流态极为复杂，断面又沿长度变化，由于蜗壳和尾水管中的流态极为复杂，断面又沿长度变化，由于蜗壳和尾水管中的流态极为复杂，断面又沿长度变化，故水击计算目前只能近似求解。常用的方法是将压力管道、故水击计算目前只能近似求解。常用的方法是将压力管道、故水击计算目前只能近似求解。常用的方法是将压力管道、故水击计算目前只
38、能近似求解。常用的方法是将压力管道、蜗壳和尾水管看作串联管，用前述蜗壳和尾水管看作串联管，用前述蜗壳和尾水管看作串联管，用前述蜗壳和尾水管看作串联管，用前述“等价管法等价管法等价管法等价管法”求出总水求出总水求出总水求出总水击压强，然后再按各段的动能比值分配水击压强值。击压强，然后再按各段的动能比值分配水击压强值。击压强，然后再按各段的动能比值分配水击压强值。击压强，然后再按各段的动能比值分配水击压强值。在求出在求出在求出在求出L L L Lm m m m、V V V Vm m m m 、a am m m m 、m m m m和和和和m m m m后，即可根据压力管道、后，即可根据压力管道、后
39、，即可根据压力管道、后，即可根据压力管道、蜗壳和尾水管中水体动能所占比例将蜗壳和尾水管中水体动能所占比例将蜗壳和尾水管中水体动能所占比例将蜗壳和尾水管中水体动能所占比例将或或或或值进行分配：值进行分配：值进行分配：值进行分配：压压压压力水管末端力水管末端力水管末端力水管末端：或或或或蜗蜗蜗蜗壳末端壳末端壳末端壳末端：或或或或 尾水管尾水管尾水管尾水管进进进进口口口口：或或或或 五、水击压强沿管线的分布五、水击压强沿管线的分布五、水击压强沿管线的分布五、水击压强沿管线的分布（一）（一）（一）（一）末相水击压强沿管线的分布规律末相水击压强沿管线的分布规律末相水击压强沿管线的分布规律末相水击压强沿管
40、线的分布规律研究证明，当压力水研究证明，当压力水研究证明，当压力水研究证明，当压力水管末端出现极限（末管末端出现极限（末管末端出现极限（末管末端出现极限（末相）水击时，无论是相）水击时，无论是相）水击时，无论是相）水击时，无论是正水击还是负水击，正水击还是负水击，正水击还是负水击，正水击还是负水击，管道沿线的最大水击管道沿线的最大水击管道沿线的最大水击管道沿线的最大水击压强均按直线规律分压强均按直线规律分压强均按直线规律分压强均按直线规律分布，如图中实线所示布，如图中实线所示布，如图中实线所示布，如图中实线所示 （二）第一相水击的分布规律（二）第一相水击的分布规律（二）第一相水击的分布规律（二
41、）第一相水击的分布规律研究证明，第一相水研究证明，第一相水研究证明，第一相水研究证明，第一相水击压强沿管线不依直击压强沿管线不依直击压强沿管线不依直击压强沿管线不依直线规律分布，其中正线规律分布，其中正线规律分布，其中正线规律分布，其中正水击的压强分布曲线水击的压强分布曲线水击的压强分布曲线水击的压强分布曲线是上凸的，负水击的是上凸的，负水击的是上凸的，负水击的是上凸的，负水击的压强分布曲线则是下压强分布曲线则是下压强分布曲线则是下压强分布曲线则是下凹的，如图中虚线所凹的，如图中虚线所凹的，如图中虚线所凹的，如图中虚线所示。示。示。示。关关关关闭阀门时闭阀门时闭阀门时闭阀门时，任意点，任意点，
42、任意点，任意点C C C C的最大水的最大水的最大水的最大水击压击压击压击压强强强强可按下式近似求得：可按下式近似求得：可按下式近似求得：可按下式近似求得：,式中式中式中式中从上式可以看出，等式右边第一项是管长为从上式可以看出，等式右边第一项是管长为从上式可以看出，等式右边第一项是管长为从上式可以看出，等式右边第一项是管长为L L时，时，时，时，A A点在点在点在点在第一相末的水击压强值；第二项相当于将水库移至第一相末的水击压强值；第二项相当于将水库移至第一相末的水击压强值；第二项相当于将水库移至第一相末的水击压强值；第二项相当于将水库移至C C点，点，点，点，使管长变为使管长变为使管长变为使
43、管长变为LLl l时，时，时，时，A A点在第一相末的水击压强值。而任点在第一相末的水击压强值。而任点在第一相末的水击压强值。而任点在第一相末的水击压强值。而任意点意点意点意点C C的最大水击压强值则为二者之差，故此方法称为的最大水击压强值则为二者之差，故此方法称为的最大水击压强值则为二者之差，故此方法称为的最大水击压强值则为二者之差，故此方法称为“水库移置法水库移置法水库移置法水库移置法”阀门开启时，任意点阀门开启时，任意点阀门开启时，任意点阀门开启时，任意点C C在第一相末的最大水击压强在第一相末的最大水击压强在第一相末的最大水击压强在第一相末的最大水击压强可按可按可按可按“缩短管路法缩短
44、管路法缩短管路法缩短管路法”计算计算计算计算 ：绘制水击压强沿管路的分布图时，可根据管路布置情况选绘制水击压强沿管路的分布图时，可根据管路布置情况选绘制水击压强沿管路的分布图时，可根据管路布置情况选绘制水击压强沿管路的分布图时，可根据管路布置情况选择几个有代表性断面，用上述方法求出各断面的最大正、择几个有代表性断面，用上述方法求出各断面的最大正、择几个有代表性断面，用上述方法求出各断面的最大正、择几个有代表性断面，用上述方法求出各断面的最大正、负水击压强值。对于丢弃负荷的正水击分布图，可不计水负水击压强值。对于丢弃负荷的正水击分布图，可不计水负水击压强值。对于丢弃负荷的正水击分布图，可不计水负
45、水击压强值。对于丢弃负荷的正水击分布图，可不计水头损失，在最高静水位线以上绘制；对于增机负荷的负水头损失，在最高静水位线以上绘制；对于增机负荷的负水头损失，在最高静水位线以上绘制；对于增机负荷的负水头损失，在最高静水位线以上绘制；对于增机负荷的负水击分布图，宜计入水头损失，并在最低静水位线以下绘制。击分布图，宜计入水头损失，并在最低静水位线以下绘制。击分布图，宜计入水头损失，并在最低静水位线以下绘制。击分布图，宜计入水头损失，并在最低静水位线以下绘制。作为反水击的负水击分布图。不计水头损失。在最低静水作为反水击的负水击分布图。不计水头损失。在最低静水作为反水击的负水击分布图。不计水头损失。在最
46、低静水作为反水击的负水击分布图。不计水头损失。在最低静水线以下绘制。线以下绘制。线以下绘制。线以下绘制。第三节第三节第三节第三节 机组转速变化计算机组转速变化计算机组转速变化计算机组转速变化计算一、一、一、一、“原苏联列宁格勒金属工厂原苏联列宁格勒金属工厂原苏联列宁格勒金属工厂原苏联列宁格勒金属工厂”公式公式公式公式丢丢丢丢弃弃弃弃负负负负荷荷荷荷时时时时 ：增加增加增加增加负负负负荷荷荷荷时时时时 ：二、长江流域规划办公室公式二、长江流域规划办公室公式二、长江流域规划办公室公式二、长江流域规划办公室公式 近年来，科学技术及机组制造水平的发展提高，机近年来，科学技术及机组制造水平的发展提高，机
47、近年来，科学技术及机组制造水平的发展提高，机近年来，科学技术及机组制造水平的发展提高，机组转速变化率值的规定范围有提高的趋势。目前，我国组转速变化率值的规定范围有提高的趋势。目前，我国组转速变化率值的规定范围有提高的趋势。目前，我国组转速变化率值的规定范围有提高的趋势。目前，我国某些水电站实际运行中的值已超过某些水电站实际运行中的值已超过某些水电站实际运行中的值已超过某些水电站实际运行中的值已超过40%40%第四节第四节第四节第四节 减小水击压强的措施减小水击压强的措施减小水击压强的措施减小水击压强的措施一、缩短压力管道的长度一、缩短压力管道的长度一、缩短压力管道的长度一、缩短压力管道的长度二
48、、减小压力管道的流速二、减小压力管道的流速二、减小压力管道的流速二、减小压力管道的流速三、采用合理的导叶（阀门）启闭规律三、采用合理的导叶（阀门）启闭规律三、采用合理的导叶（阀门）启闭规律三、采用合理的导叶（阀门）启闭规律四、设置调压阀（空放阀）四、设置调压阀（空放阀）四、设置调压阀（空放阀）四、设置调压阀（空放阀）五、设置水阻器五、设置水阻器五、设置水阻器五、设置水阻器 六、设置折向器（偏流器）六、设置折向器（偏流器）六、设置折向器（偏流器）六、设置折向器（偏流器）一、缩短压力管道的长度一、缩短压力管道的长度一、缩短压力管道的长度一、缩短压力管道的长度缩短压力管道的长度，可减小水击波的传播时
49、间，从进缩短压力管道的长度，可减小水击波的传播时间，从进缩短压力管道的长度，可减小水击波的传播时间，从进缩短压力管道的长度，可减小水击波的传播时间，从进水口反射回来的水击波能较早地回到压力管道的末端，水口反射回来的水击波能较早地回到压力管道的末端，水口反射回来的水击波能较早地回到压力管道的末端，水口反射回来的水击波能较早地回到压力管道的末端，增加调节过程中的相数，加强进口反射波削弱水击压强增加调节过程中的相数，加强进口反射波削弱水击压强增加调节过程中的相数，加强进口反射波削弱水击压强增加调节过程中的相数，加强进口反射波削弱水击压强的作用，从而降低水击压强。的作用，从而降低水击压强。的作用，从而
50、降低水击压强。的作用，从而降低水击压强。在比较长的压力引水系统中，可在靠近厂房的适当位置在比较长的压力引水系统中，可在靠近厂房的适当位置在比较长的压力引水系统中，可在靠近厂房的适当位置在比较长的压力引水系统中，可在靠近厂房的适当位置设置调压室，利用调压室具有较大的自由水面反射水击设置调压室，利用调压室具有较大的自由水面反射水击设置调压室，利用调压室具有较大的自由水面反射水击设置调压室，利用调压室具有较大的自由水面反射水击波，实际上等于缩短了管道的长度，这是一种有效地减波，实际上等于缩短了管道的长度，这是一种有效地减波，实际上等于缩短了管道的长度，这是一种有效地减波，实际上等于缩短了管道的长度，