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水电站​压力水管的“隐形杀手” 水击现象

水击现象又称为水锤(Waterhammereffect),是指伴随着压力管道内水流流速的突然改变而产生压强升高(或降低)的现象。


说的通俗些:


突然关闭阀门,由于压力水流的惯性,产生水流冲击波,就象锤子敲击一样,我们称之为水击或水锤


相反,阀门突然开启,也会产生水击现象,叫负水击,也有一定的破坏力,但没有前者大。


水击现象有极大的破坏性



它是压力水管的“隐形杀手”:由于水击的产生,使得管道中压力急剧增大至超过正常压力的几倍甚至十几倍。


其危害很大,会引起管道的破裂,影响生产和生活。


压强过高,将引起管子的破裂。


反之,压强过低又会导致管子的瘪塌,还会损坏阀门和固定件。


所以减小或避免水击破坏是压力水管设计施工中必须要考虑的关键因素。


在很多流体力学问题的分析中,都认为液体是不可压缩的。


但是,在水击现象中,液体的压缩性是主要的控制因素之一。


在一根截面面积为A的管道中,水流速度为V,水的密度为ρ,在管道的终点有一个阀门。


如果在某一时刻瞬间关闭阀门,那么就会导致阀门上游的水流流速降低到0。


如果假定水是不可压缩的,那么整条管道里面水的流速都会立刻降低到0。


但是实际上是不会这样的。


实际上,由于水也具有一定的压缩性,而且管道材料也有一定的弹性。


所以阀门关闭引起的扰动波是以有限速度传播的。


如果考虑水的压缩性,但认为管道是完全刚性的,那么扰动波的传播速度就是水的声速。


如果既考虑水的压缩性,也考虑管道的弹性(实际的管道总是有一定的弹性),扰动波的传播速度会比水的声速小一些。




水击波在压力水管中完成两个往返传播过程后压力管道内水流恢复到初始状态,称为水击波的周期。


水击波在管道中传播一个往返的时间称为“相”,两相为一个周期。


阀门实际关闭不可能为瞬时,存在一个时间过程。


阀门每关小(或开启)一个微小开度,阀门处就产生一个水击波向上游传播。


伴随产生水击压强升高。


在阀门连续关闭(或开启)过程中,水击波连续不断地产生。


水击压强不断升高(或降低)。





研究目的有以下几方面:



(1)确定水电站引水系统的最大水击压强,以确定压力管道、蜗壳和水轮机强度设计的最大内水压强;


2)确定水电站引水系统的最大水击压强降低值,作为压力管道线路布置及尾水管真空度校核依据;


3)研究水击与机组稳定运行的关系。


水击压强的最大升高值与最大降低值是机组调节保证的依据;


4)研究降低水击压强的措施。


当水击压强超过容许最大值



一般采用下列措施加以降低:


1、缩短管道长度


2、加大管道断面


3、设置调压室

4、采用合理的导叶(阀门)启闭规律


5、装置调压阀(空放阀)


6、设置水阻器