第九章水电站水力过渡过程(18)

水利水电工程建筑物,书稿

（三）复杂管道的水锤计算解析法

前面着重讨论了简单水管的水锤计算问题，由于简单水管的直径、材料和管壁厚度不随管长度变化，同时也没有分叉管，所以其水锤计算条件比较简单，能够用解析方法进行分析计算。但是，工程实际情况就复杂得多，主要有二种：

（1）水管的管壁厚度、直径和材料等任何一项沿管长发生变化，这种复杂管称为串联管。常见的串联管是管壁厚度沿管段变化，因为不同管段水管所受的内水压力不同，一般在设计中，分段确定管壁厚度，因此，各段管壁厚度是不同的。 （2）水电站采用联合供水或分组供水时，一根总管要向数根支管供水，在总管末端需设分岔管，这种有分岔管的水管称为分岔管或并联管。

另外，引水管、蜗壳和尾水管组成特殊的串联管，他们所用的材料不同、直径不同、管壁厚度都不同，并且导水机构（阀门）设置在蜗壳和尾水管之间。

1、串联管的水锤压力计算

复杂水锤的计算方法是将复杂管转化为等价的简单管，并利用简单管的公式进行计算。从前面讨论可知水锤现象事实是水体动能与压能的相互转化过程，初始动能大小影响水锤压力值。另外，水锤压力还受反射波的影响，主要参数是相长

La

。

在将复杂管转化为简单管时，必须保证水锤值不变。为此，其转化原则是总动能不变和相长不变。

vi和ai， 假设原管各段管的长度、最大流速和水锤波速分别为li、i=1、2、3……n。

n

另外，L ac

l

i 1

i

。根据相长不变要求，并令等价水锤波速为ac，可得 （9-37）

L

n

i 1

liai

设原管各段管的截面积为 i，i=1、2、3……n，水体密度为 。则原水管中的总动能可表示为 可得

n

12

n

iliv

i 1

2

i

12

n

Q livi，其中Q为流量。根据动能不变要求，

i 1

lv

i

i

vc

i 1

L

（9-38）

n

因此，串联管可转化为长度为L

i 1

li、水锤波速为ac

L

n

i 1

liai

、管中最大流

n

lv

i

i

速为vc

i 1

L

的简单管，其水管特性系数为

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