水擊教案,精簡(jiǎn)

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下面是我為大家整理的水擊教案,精簡(jiǎn),供大家參考。

第七章

有壓引水系統(tǒng)非恒定流的物理現(xiàn)象及根本方程71概述一、水輪機(jī)調(diào)理特點(diǎn)：

（N=9.81QH）

水電站實(shí)際運(yùn)行中，有可能遇到負(fù)荷突然．．變化，如因事故丟棄負(fù)荷或從空載急速增加到滿負(fù)荷。此時(shí)調(diào)速器自動(dòng)關(guān)閉或開(kāi)啟導(dǎo)葉，以適應(yīng)負(fù)荷的變化。與此同時(shí)產(chǎn)生兩種物理現(xiàn)象：(正常處境的負(fù)荷變化一般危害不大，不起操縱作用)(1)機(jī)組轉(zhuǎn)速的較大變化

當(dāng)丟棄負(fù)荷時(shí)，水輪機(jī)在導(dǎo)葉關(guān)閉過(guò)程中的剩余能量，將轉(zhuǎn)換為機(jī)組轉(zhuǎn)動(dòng)片面的動(dòng)能，使轉(zhuǎn)速上升，反之將使機(jī)組轉(zhuǎn)速降低。

(2)有壓引水系統(tǒng)中水擊現(xiàn)象

當(dāng)水輪機(jī)導(dǎo)葉啟閉時(shí)，管道中流量、流速發(fā)生急劇變化。而水流慣性將引起管道內(nèi)水壓力隨之變化。這種現(xiàn)象稱(chēng)為水擊。

（waterhammer）

假設(shè)沒(méi)有水流慣性（流速）隨時(shí)間的變化

，就沒(méi)有水擊。

關(guān)閉導(dǎo)葉時(shí)，蝸殼、上游壓力管道中壓力上升，尾水管壓力下降；開(kāi)啟導(dǎo)葉時(shí)，那么相反。

二、水擊及調(diào)理保證計(jì)算的目的1）研究水錘的目的:

○1:計(jì)算水電站過(guò)水系統(tǒng)的最大內(nèi)水壓強(qiáng)，作為設(shè)計(jì)和校核壓力管道，蝸殼和水輪機(jī)強(qiáng)度的依據(jù)。

○2：計(jì)算過(guò)水系統(tǒng)的最小內(nèi)水壓強(qiáng)，作為布置壓力管道的線路（防止壓力水管內(nèi)發(fā)生真空）和檢驗(yàn)尾水管內(nèi)真空度的依據(jù)。

2）水電站的不穩(wěn)定工況及調(diào)保計(jì)算的目的

由于負(fù)荷的變化，水輪機(jī)工作參數(shù)不斷變化的過(guò)程稱(chēng)水電站不穩(wěn)定工況。

在機(jī)組調(diào)理過(guò)程中，機(jī)組轉(zhuǎn)速的變化及壓力管道和機(jī)組內(nèi)水壓力的變化是否得志設(shè)計(jì)要求的計(jì)算，稱(chēng)調(diào)保計(jì)算。

調(diào)保計(jì)算的任務(wù)：

○1研究水錘現(xiàn)象與機(jī)組運(yùn)行（如機(jī)組轉(zhuǎn)速變化和運(yùn)行的穩(wěn)定性等）的關(guān)系。

○2根據(jù)水電站水力系統(tǒng)（過(guò)流系統(tǒng)）和機(jī)組特性，合理的選擇導(dǎo)葉開(kāi)度的調(diào)理時(shí)間和調(diào)理規(guī)律，使水擊壓力和機(jī)組轉(zhuǎn)速變化均保證在允許的范圍之內(nèi)。

從水工角度來(lái)說(shuō)，夢(mèng)想調(diào)理時(shí)間長(zhǎng)，那么水擊壓力小。

從機(jī)械和電力系統(tǒng)角度來(lái)說(shuō)，夢(mèng)想調(diào)理時(shí)間短，那么轉(zhuǎn)速變化小，機(jī)械強(qiáng)度和供電質(zhì)量易于得志。

○3研究減小水錘壓強(qiáng)的措施。

（水錘現(xiàn)象也是引起壓力管道和機(jī)組振動(dòng)的理由之一。對(duì)于明鋼管，應(yīng)研究水錘引起管道振動(dòng)的可能性。）

72有壓引水系統(tǒng)水力過(guò)渡過(guò)程分析

一、水擊波的概念負(fù)荷變化調(diào)速器動(dòng)作、導(dǎo)葉動(dòng)作

導(dǎo)葉處流量發(fā)生變化，該處流速發(fā)生變化

水體慣性?xún)?nèi)水壓力變化水體和管壁彈性

壓力變化以彈性波的形式在壓力管道內(nèi)傳播。這種現(xiàn)象我們稱(chēng)為水擊現(xiàn)象，壓力的變化稱(chēng)為水擊壓力。

1、伐門(mén)突然關(guān)閉時(shí)水擊的進(jìn)展過(guò)程沿全管道，

0000ddHHVV

0t

伐門(mén)突然關(guān)閉：伐門(mén)處

0V

由于慣性，水流持續(xù)流入，

Hd..

aLt

沿全管段dddHHHV0000

在水庫(kù)處，由于壓力差，水流由壓力管流向水庫(kù)dHVV..0

aLt2

沿全管長(zhǎng)0000ddHHVV

由于慣性，雖然壓力管與水庫(kù)壓力平衡水流仍持續(xù)流

向水庫(kù)。

在伐門(mén)處

dHV..0

aLt3

沿全管長(zhǎng)dddHHHV000,,,0

在水庫(kù)處，由于壓力差，水流由水庫(kù)流向管內(nèi)。

dHVV.,0aLt4

沿全管段0000ddHHVV

完成一個(gè)循環(huán)。

水擊現(xiàn)象中，壓力管中流速、壓力變化完成一個(gè)循環(huán)的時(shí)間稱(chēng)為一個(gè)周期：aLT4。

水擊在壓力管中傳播一個(gè)來(lái)回的時(shí)間稱(chēng)為一"相'：aLtr2。

a為水擊傳播速度。

結(jié)論：

1）水擊產(chǎn)生的外部理由是流速的變化，內(nèi)因是水流的慣性。

2）由于水體和管壁的彈性，水擊在水管中以彈性波的形式傳播。因此必然遵彈性波的反射原理和迭加原理。

在上面的分析中：

0t時(shí)，伐門(mén)突然關(guān)閉，在伐門(mén)端產(chǎn)生一個(gè)水擊H，這個(gè)水擊以彈性波形式向上游傳播，當(dāng)aLt時(shí)，水擊波到水庫(kù)點(diǎn)，在此發(fā)生反射，形成反射波-H。這種變更水擊符號(hào)的反射稱(chēng)"負(fù)反射'。反射波-H從水庫(kù)點(diǎn)向下游傳播（異號(hào)反射）。

當(dāng)aLt2時(shí)，到達(dá)關(guān)閉的伐門(mén)端，在伐門(mén)端，又一次反射，仍以-H向上游傳播。在伐門(mén)端產(chǎn)生的反射沒(méi)有變更水擊波的符號(hào)，稱(chēng)為正反射。（同號(hào)反射）

3）上面水擊現(xiàn)象的分析是假定伐門(mén)突然關(guān)閉，且不計(jì)水流的水力損失，所以水擊壓力波等值傳播。

○1假設(shè)考慮伐門(mén)關(guān)閉的時(shí)間，那么反射波將與伐門(mén)不斷關(guān)閉所產(chǎn)生的水擊波舉行迭加。

○2假設(shè)計(jì)及管道的摩阻損失，那么速度的變化V不斷減小，水擊壓力將急速減衰以及消散。

4）假設(shè)伐門(mén)突然開(kāi)啟，那么其水擊現(xiàn)象將與以上分析相反。

91直接水擊和間接水擊

1、在水庫(kù)點(diǎn)：

0H

0fF

fF

即是說(shuō)，

正向波F與經(jīng)過(guò)水庫(kù)反射回來(lái)的反向波大小一致，符號(hào)相反。

"即若F是升壓波，那么f是降低波"。

水庫(kù)點(diǎn)反射系數(shù)：

1Ff

水擊波在水庫(kù)處發(fā)生等值負(fù)反射。

2、伐門(mén)端

對(duì)7-13，7-14作如下處理，

令：000HHHHH;

0max2gHaV;)1(121v；0v

那么7-13為，0HfF

時(shí)）

5.0(

7-14為，000max0max))211(()(HHgHaVvvgaVfF

iiiiiiiHHHHfF110000

（對(duì)應(yīng)閥門(mén)開(kāi)度i的反射系數(shù)）

上式說(shuō)明：伐門(mén)處的反射特性與伐門(mén)開(kāi)度有關(guān)。

○1當(dāng)01ii那么

從上游來(lái)的順流波f在伐門(mén)處發(fā)生負(fù)反射。

○2當(dāng)0(0ii即伐門(mén)全關(guān)死）此時(shí)伐門(mén)相當(dāng)于一個(gè)封閉端。

1i

從上游來(lái)的順流波f在此發(fā)生等值正反射。

○3)當(dāng)01ii

從上游來(lái)的順流波f在此發(fā)生正反射。

○4當(dāng)01ii

從上游來(lái)的順流波f在伐門(mén)處不發(fā)生反射。

伐門(mén)端水擊的反射特性，應(yīng)用于沖擊式水輪機(jī)的噴嘴有足夠的精度，但對(duì)反攻式水輪機(jī)那么對(duì)比粗糙，問(wèn)題出在推導(dǎo)過(guò)程中，

用到了1v反攻式水輪機(jī)iv不僅抉擇于ii,且與轉(zhuǎn)速有關(guān)。

三、直接水擊和間接水擊1、直接水擊若伐門(mén)啟閉時(shí)間aLTS2時(shí)，從水庫(kù)反射回來(lái)的反向波f尚未到達(dá)伐門(mén)處，伐門(mén)啟閉即已完成，這時(shí)的水擊稱(chēng)直接水擊。

在伐門(mén)處，由公式：7-13

FHH0

7-14

FagVV0

)(0VVgaH

例：設(shè)伐門(mén)在aL2時(shí)間內(nèi)，由全開(kāi)全關(guān)、流速05sm;sma1000

那么：在伐門(mén)處產(chǎn)生水擊壓力為mH500；鮮明這樣的水擊值是工程所不允許的，是水輪機(jī)運(yùn)行時(shí)應(yīng)制止的。

2、間接水擊aLTS2

時(shí)的水擊稱(chēng)間接水擊，下面的議論均是間接水擊。

四、伐門(mén)起始開(kāi)度0對(duì)水擊的影響調(diào)速器調(diào)理規(guī)律確定以后，由于起始開(kāi)度的大小不同，調(diào)速器調(diào)理導(dǎo)葉關(guān)閉時(shí)間不同，假設(shè)起始開(kāi)度很小，導(dǎo)葉關(guān)閉時(shí)間很小，那么可能在反攻波尚未到達(dá)伐門(mén)端時(shí)，伐門(mén)關(guān)閉已終止，這時(shí)伐門(mén)端的水擊是直接水擊。從一相水擊和極限水擊判別條件可以知道，在伐門(mén)端，閥門(mén)的起初開(kāi)度對(duì)水擊類(lèi)型和大小有重要的影響。

總結(jié)：

①在運(yùn)行中，我們應(yīng)制止展現(xiàn)直接水擊。

②在計(jì)算間接水擊時(shí)，伐門(mén)處壓力最大，先判斷是一相水擊還是末相水擊，然后利用相應(yīng)公式舉行水擊計(jì)算。

③前面所推的遞推公式、一相水擊和末相水擊計(jì)算公式都是根據(jù)伐門(mén)邊界條件iiiv1得出，對(duì)于沖擊式水輪機(jī)有足夠的精度，但對(duì)反攻式水輪機(jī)需對(duì)計(jì)算結(jié)果乘一機(jī)型系數(shù)Cmax。

混

C=1.2，軸

C=1.4

93繁雜管道的水錘簡(jiǎn)化．．計(jì)算繁雜管有兩種：一種是管徑和管壁厚度自上而下隨著水頭的增加而逐段變更的水管，這種水管稱(chēng)為串聯(lián)管；另一種是分岔管，這在集中供水中經(jīng)常遇到。無(wú)論是串聯(lián)管或分岔管，水錘波在水管特性變化處都將發(fā)生反射，從而使水錘現(xiàn)象更為繁雜。

1、串聯(lián)管

串聯(lián)管簡(jiǎn)化為等價(jià)管計(jì)算，簡(jiǎn)化原那么是

：

①長(zhǎng)度不變

nilL1②相長(zhǎng)不變

niimalaL1；niimalLa1③水體動(dòng)能不變

2122121inimvmMv

gALM/；

glAmiii/；

niimvlLv1；niimvlLv1

于是等價(jià)管的特性常數(shù)和水擊常數(shù)：02/gHvammm

smmTgHLv0/

2、分岔管：

將分岔管簡(jiǎn)化為串聯(lián)管，進(jìn)一步簡(jiǎn)化為等價(jià)管。

分岔管簡(jiǎn)化為串聯(lián)管的方法通常有兩種：

①合支法

把岔管之后全體機(jī)組合并成一臺(tái)大機(jī)組。L取最長(zhǎng)支管加未分岔的總管為計(jì)算長(zhǎng)度；引用流量為各機(jī)組流量之和；最長(zhǎng)支管的斷面積也用各支管斷面積之和代替。

②截只法

截去暫不計(jì)算的支管，支管段的長(zhǎng)度、斷面積、波速和流量按自身的實(shí)際值計(jì)算

3、反攻式水輪機(jī)水錘計(jì)算

特點(diǎn)：（1）反攻式水輪機(jī)有蝸殼和尾水管，并以導(dǎo)葉調(diào)理流量，其過(guò)流特性和孔口出流不完全相符。

（2）反攻式水輪機(jī)的轉(zhuǎn)速影響水輪機(jī)的流量，而水斗式水輪機(jī)的流量和轉(zhuǎn)速無(wú)關(guān)。

（3）當(dāng)流量變化時(shí)，反攻式水輪機(jī)的蝸殼和尾水管中亦將發(fā)生水錘現(xiàn)象。蝸殼相當(dāng)于壓力管道的延續(xù)片面，其水錘現(xiàn)象和壓力管道一致；尾水管在導(dǎo)葉之后，其水錘現(xiàn)象那么與壓力管道相反：導(dǎo)葉關(guān)閉時(shí)產(chǎn)生負(fù)水錘，導(dǎo)葉開(kāi)啟時(shí)產(chǎn)生正水錘。蝸殼與尾水管的水錘影響水輪機(jī)的出流，從而也影響壓力管道中的水錘。

在簡(jiǎn)化成等價(jià)管時(shí)應(yīng)計(jì)入它們的作用。假設(shè)把水輪機(jī)的導(dǎo)葉搬到尾水管之后，于是：

LvLvLvLvaLaLaLLaLLLLbbccTTmbbccTTmbcT/)()(

下標(biāo)T、c、b分別表示壓力管、蝸殼與尾水管。

9-4水擊壓力沿管長(zhǎng)的分布

1、末相水擊沿管長(zhǎng)分布：

末相水擊沿管長(zhǎng)成直線分布。

2、一相水擊沿管長(zhǎng)分布

一相水擊沿管長(zhǎng)成雙曲線分布。

96

減小水擊壓力的措施1、增大管理，減小流速0V。

STgHLV00

2、縮小管道長(zhǎng)度L。

3、設(shè)置調(diào)壓室（實(shí)際上是縮短壓力水管長(zhǎng)度L），4、改善導(dǎo)葉調(diào)理規(guī)律。

5、設(shè)置減壓閥（調(diào)壓伐，空放閥）－反攻式

不增大sT，減小壓力管中流速

6、設(shè)置水阻器。

－沖擊式

變化梯度。

7、增加機(jī)組轉(zhuǎn)動(dòng)慣量2GD，從而增加機(jī)組時(shí)間常數(shù)Tn，增加Ts

中、小機(jī)組

第十章調(diào)壓室101

調(diào)壓室的作用及其工作原理一、調(diào)壓室的作用

調(diào)壓室利用擴(kuò)大的斷面和自由水面反射水錘波。所以對(duì)水擊具有類(lèi)似水庫(kù)的反射作用。

○1反射水錘波.根本上制止（或減?。毫艿乐械乃N波進(jìn)入有壓引水道○2.縮短壓力管道的長(zhǎng)度.從而減小壓力管道及廠房過(guò)流片面的水錘○3.變更機(jī)組在負(fù)荷變化時(shí)的運(yùn)行條件和系統(tǒng)供電質(zhì)量

二、調(diào)壓室的水力現(xiàn)象（以突然丟棄負(fù)荷為例）

0t時(shí)：

fVQ0機(jī)

此時(shí)通過(guò)調(diào)壓室的流量為0，調(diào)壓室水位0hZ。

若此時(shí)突然丟棄全負(fù)荷，0機(jī)Q，由于水流慣性和水庫(kù)調(diào)壓室水頭差00Zh。水庫(kù)水流向調(diào)壓室，使調(diào)壓室水位上升。

1tt時(shí)：

調(diào)壓室水位等于靜水位，maxVV，此時(shí)水頭為0，但由于慣性，水流持續(xù)流入調(diào)壓室，流速V下降。

2tt時(shí)：

0,maxVZZ，由于水頭差，水開(kāi)頭倒流入水庫(kù)，流速開(kāi)頭增加。

3tt時(shí)：

調(diào)壓室水位等于靜水位，maxVV，由于慣性，水流持續(xù)流入水庫(kù)，V減小。

4tt時(shí)：

.0V；2ZZ

引水系統(tǒng)調(diào)壓室中的水流，就是這樣由勢(shì)能動(dòng)能勢(shì)能來(lái)回往復(fù)，形成調(diào)壓室水位的波動(dòng)，由于摩阻作用，波動(dòng)逐步衰減以至消散。

幾點(diǎn)說(shuō)明：

1、引水系統(tǒng)調(diào)壓室的水力現(xiàn)象

和

壓力管道中水擊現(xiàn)象。

一致點(diǎn)：

均為有壓非恒定流現(xiàn)象，而且均為水體慣性引起。

不同點(diǎn)：

水體以質(zhì)量波的形式在引水系

是由于水體和管壁的彈性波。壓

統(tǒng)～調(diào)壓室中傳遞。頻率慢、

力變化以彈性波的形式傳遞。頻周期長(zhǎng)（3-5分鐘）振幅小，

率快。周期短（1秒左右）振幅大。

2、水擊波的持續(xù)時(shí)間比調(diào)壓室波動(dòng)持續(xù)時(shí)間短得多，所以我們研究調(diào)壓室水位波動(dòng)時(shí)，假定水擊現(xiàn)象已經(jīng)完畢。

三、調(diào)壓室的根本方程假定：1）調(diào)壓室水位波動(dòng)時(shí)，水庫(kù)水位不變。

2）不考慮水體及引水道的彈性一般不會(huì)影響調(diào)壓室水位的變化。

3）疏忽調(diào)壓室中慣性水頭和摩阻損失。

1、連續(xù)方程（流量連續(xù)）引水道流量應(yīng)為進(jìn)入調(diào)壓室和壓力管流量之和。

調(diào)機(jī)引QQQ

即：

FdtdZQVf機(jī)

7-182、運(yùn)動(dòng)方程：

amF

（取引水道水體為脫離體）

那么：

))(21(2rhhdtdzgZfdtdVgfL

即：rhhdtdzgZd