水電站水擊

水電站有壓引水系統中由於水流速度迅速改變而產生的壓力驟升驟降現象。也稱水電站水錘。

基本介紹

• 中文名：水電站水擊
• 外文名：waterhammerofhydropowerstation

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），在時段內，流速由變為,水擊波從水體的一側傳至另一側。設水擊波速為a，則水體長度。壓強從原有的增大到，同時水體密度和管道斷面都有相應的變化。

水擊分類

直接水擊與間接水擊如圖2所示，閥門的關閉總有個過程，導水葉的關閉時間一般為3〜8s。可把整個關閉

過程看作是一系列微小關閉的總體合成。每個微小的關閉產生一個相應的水擊波。這些水擊波可歸納成2類：一類是由閥門向上游傳播的逆行波，包括初始水擊波和從閥門向上游反射的水擊波；另一類是從進口向下游傳播的順行波。任一斷面不同時刻的水擊壓力，就是這兩類水擊波疊加的結果。逆行波（十）與順行波（一）