第九章水电站水力过渡过程

水利水电工程建筑物,书稿

第九章 水电站水力过渡过程

教学要求：了解水电站水力过渡过程的水力现象和有关基本方程的建立，掌握水锤和机组转速变化计算的基本方法，熟悉调节保证计算的控制指标和基本措施；掌握调压室水位波动分析的基本方法。

水电站的引水系统、水轮机及其调速设备、发电机、电力负荷等组成一个大的动力系统。这个系统有两个稳定状态：静止和恒速运行。当动力系统从一个状态转移到另一状态，或在恒速运行时受到扰动，系统都会出现非恒定的暂态（过渡）过程，由此产生一系列工程问题：压力水管（道）的水锤现象、调压室水位波动现象、机组转速变化和调速系统的稳定等问题。本章主要介绍水电站水力过渡过程的现象和基本方程。

第一节 概述

一、水锤

（一）水锤现象及其传播

引水系统是水电站大系统中的子系统，水锤是发生在引水系统中的非恒定流现象。当水轮发电机组正常运行时，如果负荷突然变化，或开机、停机，引水系统的压力管道的水流会产生非恒定流现象，—般称为水锤。水锤的实质是水体受到扰动，在管壁的限制下，产生压能与动能相互转换的过程，由于管壁和水体具有弹性，因此这一转换过程不是瞬间完成的，而是以波的形式在水管中来回传播。

为了便于说明水锤现象，我们首先研究水管材料、管壁厚度、管径沿管长不变，并且无分叉的水管（一般称为简单管），阀门突然关闭时的水锤现象，见图9-1：管

图9－1 水锤压力传播过程

中水流的初始状态是水压力为H0，流速为v0。当阀门突然关闭时，首先在阀门附近长度为 l的管段发生水锤现象——水体被挤压，水压力上升为H0 H，流速

变为0，这时管中水体的动能转变为压能。由于管壁膨胀，水体被压缩，在管段 l中会产生剩余空间，待后面的水体填满剩余空间后，邻近管段水体又会发生水体挤

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