水電站水擊

原理

當水電站管道的閥門突然關閉時，由於水流的慣性作用，閥門上游的管道中壓力驟升；而在閥門下的管道中（如在尾水管中）將產生壓力驟降。當閥門驟開時則相反。水電站水擊是有壓管道非恆定流(或稱有壓不穩定流）的一種現象。它對水電站的影響較大，如壓力管道的水流速度為3m/s，管道中水擊波速(a)為1000m/s。當閥門突然關閉，流速突然變為零，水擊壓力值則達306m，在設計和運行中如不考慮，將會造成嚴重的後果。世界各國對水擊壓力允許升高值都有所限制。中國原水利電力部《水力發電廠機電設計技術規範（73—85）》規定水擊壓力允許升高值：額定水頭小於40m時，宜為70%〜50%；額定水頭在40〜100m時，宜為50%〜30%；額定水頭大於100m時，宜小於30%。

計算水擊的目的

計算水擊的目的：①檢查是否超過規範規定的允許值，如超過規定，要採取減小水擊壓力的措施，如設定調壓室、裝設調壓閥等。②計算壓力管道和蝸殼時，設計內水壓力為靜水壓力和水擊壓力之和，需首先計算出水擊壓力。③在決定壓力管道布置時，管路縱向轉彎處要以負水擊壓力檢查是否產生真空，並要求保持管頂至少有2m水柱高的水壓力。

理論基礎

水擊的理論基礎及其簡單公式如圖1(a）所示，突然關小水管末端的閥門開度，迫使靠近閥門上游側的一段水體的流速突然降低

,因水流的慣性作用，產生水擊壓力增高

。在壓力增高段內，管壁膨脹，水的密度（

)增大。水管由原來的斷面面積

增大到

;水的容量由原來的

增大到

。因此，膨脹段內的容積略有增加，以容納從上游管段流來的水。這樣，膨脹段的邊界將水管分為2段：壓力增高段和壓力未增高段。在壓力未增高段內，流速、水管的斷面面積、水的容重仍為

、

，即與閥門未關閉前一樣。

由於水管的膨脹很小，水的密度增加不大。為在水管的膨脹範圍內能容納下從水管上游流來的水，膨脹段的邊界流速（即水擊波速度），將以某一值（a）沿水管向上游傳播。因此，研究水擊的理論基礎：當發生水擊壓力升高時，管道的管壁產生彈性膨脹，水體受到壓縮，水的密度有所增加；當發生水擊壓力降低時，管壁發生彈性收縮，水體受到的壓力減小，水的密度有所降低。

設在管道內取出一段水體，見圖1(b），在時段