水电站水击理论基础

水击的理论基础及其简单公式如图1(a）所示，突然关小水管末端的阀门开度，迫使靠近阀门上游侧的一段水体的流速突然降低

由于水管的膨胀很小，水的密度增加不大。为在水管的膨胀范围内能容纳下从水管上游流来的水，膨胀段的边界流速（即水击波速度），将以某一值（a）沿水管向上游传播。因此，研究水击的理论基础：当发生水击压力升高时，管道的管壁产生弹性膨胀，水体受到压缩，水的密度有所增加；当发生水击压力降低时，管壁发生弹性收缩，水体受到的压力减小，水的密度有所降低。

设在管道内取出一段水体，见图1(b），在时段

计算水击的目的：①检查是否超过规范规定的允许值，如超过规定，要采取减小水击压力的措施，如设置调压室、装设调压阀等。②计算压力管道和蜗壳时，设计内水压力为静水压力和水击压力之和，需首先计算出水击压力。③在决定压力管道布置时，管路纵向转弯处要以负水击压力检查是否产生真空，并要求保持管顶至少有2m水柱高的水压力。

当水电站管道的阀门突然关闭时，由于水流的惯性作用，阀门上游的管道中压力骤升；而在阀门下的管道中（如在尾水管中）将产生压力骤降。当阀门骤开时则相反。水电站水击是有压管道非恒定流(或称有压不稳定流）的一种现象。它对水电站的影响较大，如压力管道的水流速度为3m/s，管道中水击波速(a)为1000m/s。当阀门突然关闭，流速突然变为零，水击压力值则达306m，在设计和运行中如不考虑，将会造成严重的后果。世界各国对水击压力允许升高值都有所限制。中国原水利电力部《水力发电厂机电设计技术规范（73—85）》规定水击压力允许升高值：额定水头小于40m时，宜为70%〜50%；额定水头在40〜100m时，宜为50%〜30%；额定水头大于100m时，宜小于30% 。

直接水击与间接水击如图2所示，阀门的关闭总有个过程，导水叶的关闭时间一般为3〜8s。可把整个关闭

过程看作是一系列微小关闭的总体合成。每个微小的关闭产生一个相应的水击波。这些水击波可归纳成2类：一类是由阀门向上游传播的逆行波，包括初始水击波和从阀门向上游反射的水击波；另一类是从进口向下游传播的顺行波。任一断面不同时刻的水击压力，就是这两类水击波叠加的结果 。逆行波（十）与顺行波（一）

水击压力指由管道内部流体流速的突变引起的流体对管壁的局部冲击压力。

中文名称

水击压力

英文名称

surge pressure

定　　义

由管道内部流体流速的突变引起的流体对管壁的局部冲击压力。

应用学科

船舶工程（一级学科），海洋油气开发工程设施与设备（二级学科）

水击现象的产生伴随着流量的变化，导致流速和动量的改变并伴随压强的急剧变化，这种压强的升高或下降，有时会达到很大的数值，处理不当将导致管道系统发生强烈的振动，管道严重变形甚至爆裂。2100433B

保护措施

水击压力波会沿管道向上、下游传播，使某些段落的压力超高或偏低。常用的保护措施有泄压保护和超前保护两种。前者在压力可能超髙或过低处，如泵站的出、人口设泄压阀，当压力过高或过低时，泄压阀开放，将超压的液流导人低压管线或储存，或将液流引人管线以消除真空。后者则是当发生正水击时(如某一中间站突然停电），通过自控系统发出一个负水击波(例如在停电站的上站停一台泵），以拦截向上游传播的正水击波，使全线压力保持在允许范围内。2100433B