第九章水电站水力过渡过程(2)

水利水电工程建筑物,书稿

压，引起水压力上升，流速变为0，也产生剩余空间。这样在水管中，从阀门开始逐段产生水锤现象，水锤波以一定的速度a从阀门传向进口（水库）。当水锤到达引水管进口时，这时进口外的水压力为H0，管内水压力为H0 H，在水管进口处造成压力差 H。在 H的作用下，水体流向水库，使得水管中的水体压能转变为动能，管中水体的压力从H0 H降为H0，流速变为 v0，这相当于产生一个反射波，反射波以a的速度从水管进口向阀门处传播。当反射波到达阀门处时，水流离开阀门，在阀门处造成真空，产生负压，使水体压力从H0变为H0 H，流速从 v0变为0，水管中水体的动能转变为压能，即在阀门处产生负压波，负压波以a的速度从阀门传向进口。当负压波到达水管进口时，进口外的水压力仍为H0，管内水压力为H0 H，在水管进口处形成压力差 H。在 H的作用下，水体流向水管，使水管的压力从H0 H升为H0，流速变为v0，水体压能转变为动能，又产生反射波，反射波以a的速度从进口向阀门处传播。当反射波到达阀门处时，水管全长水流恢复到初始状态，即水管的压力为H0，流速为v0。由于阀门仍然关闭，在阀门处又产生水锤波，水锤波将重复以上的传播过程。

水锤波在水管中的传播经历了四个状态、二个来回，才完成一个周期。我们把水锤在管中传播一个来回的时间称为一相（phase），二相为一个周期（period）。设管长为L，则一相的时间为T相＝

2La

，一周的时间为T周＝

4La

。

（二）水锤波传的播速度

水锤波的传播速度是水锤分析计算中的一个重要参数，它与水管的材料、管壁厚度、管径以及水体的弹性、容重有关。根据水流的连续性定理和动量定理，推导出水锤波的传播速度的计算公式为： a

Ewg/ 1

2EwKr

14351

2EwKr

（9-1）

6

式中 Ew为水体弹性模量，一般取2.06 10KPa；

为水容重；

K为管道的抗力系数。对于薄壁钢管K

Es

2

r

66

管Es＝206 10Kpa；铸铁管Es＝98 10Kpa）， 为管壁厚度；r为管道半径。

，其中Es为钢管弹性模量（钢

水锤波的传播速度的具体计算，应按露天薄壁钢管、坚固岩石中的不衬砌隧洞、埋藏式钢管或钢筋混凝土衬砌管等类型分别计算，计算公式可参照有关规范或论著。

二、调压室水位波动

混合式水电站的压力引水道一般比较长，为了减小此类水电站压力引水道的水锤压力，通常在压力引水道靠近厂房的适当位置设置调压室。调压室是一种具有自由水面和一定体积的井式结构物，底部与压力引水道连接，以破坏压力引水道的封闭性，如同水库一样能反射水锤波，从而减小水锤压强。调压室将压力引水道分为

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