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水电站引水压力钢管水锤升压的简略计算
  〇 说明:有压管路的锤击是由于流体的速度、动量变化引起的,流体的可压缩性和管路材料的弹性是锤击压强得以升降和传播的根源。  设水电站引水压力钢管与阀门系统示意图如下,根据儒柯夫斯基锤击波和锤击压强理论,对该系统的水锤计算如下。
    设阀门的关闭时间为Ts,锤击波在管路中往复传递一次历时为T。  则:当Ts<T时(即从进口到阀门的减压传递尚未到达阀门处,而阀门已经完全关闭),将产生完全锤击(直接锤击);  当Ts≥T时为间接锤击。  直接锤击情况下水锤增压△p=ρ×C×Vo;间接锤击水锤增压△p’=ρ×C×Vo×T/Ts。 式中:ρ为管路介质密度,C为锤击波传播速度,Vo为流体初速。
一、计算锤击波的传播速度C的儒柯夫斯基公式为:        二、计算锤击波的第一相长T:T=2×L÷C  式中L为管路长度,此处取L=750m,C为锤击波速度,以最大的C计算将得到最短的T 以最大的C计算将得到最短的T短=2×750÷1114.48=1.35秒 以最小的C计算将得到最长的T长=2×750÷1073.59=1.40秒  可以看出,当阀门关闭时间Ts=8秒时,Ts大于T,管道内产生的锤击波为间接水锤。 管路越长,T越大,T/Ts越大,水锤升压也越大。
高考
      三、计算管路流速  根据标书:DN1000管道设计流量3.5m³/s,换成流速Vo=Q/(πr2)=3.5÷(3.14159×0.52)=4.456m/s DN1200管道设计流量4.65m³/s,换成流速Vo=Q/(πr2)=4.65÷(3.14159×0.62)=4.11m/s 四、按间接水锤公式计算,水锤增压  △p=ρ×C×Vo×T/Ts =1000×1114.48×4.456×1.35÷8=838033 Pa ≈83.8 m水柱 △p=ρ×C×Vo×T/Ts =1000×1073.59×4.11×1.40÷8=772179 Pa ≈77.2 m水柱   五、根据阀门设计手册给出的水锤升压简易计算公式 公式来源:《阀门设计手册》P451,2000.4年版,杨源泉主编   《阀门设计》P238,1975年版,沈阳阀门研究所  关闭阀门水锤升压计算公式为△p=0.004Q/At 单位Kgf/cm2  此公式经单位换算同等变换后,等效于△p=144*Vo/t,单位m水柱 在本例中,Vo=4.456(4.11)m/s,关阀时间8s,计算得 △p=144*4.456(4.11)= 80.21(73.98)m水柱。   可以看出,应用该公式所得计算结果与儒柯夫斯基公式的计算结果误差在5%以内。   六、根据上述两种来源的公式计算,在设定的流速和8秒关阀的情况下,管路中产生的水击升压会达到约80m水头。   七、根据标书,电站设计水头为102米,最大静水头未知。设最大静水头为102m,加上最大水锤升压水头83.8m,按最危险水头186米计算管道壁厚如下(以下取计算P=186m≈1.86MPa):  
                                              八、一般情况下,管路水锤升压最好不要超过最大实际水头的30%,若以此为目标反推关阀时间,则可求得关阀Ts’≈21秒,分为两阶段关闭,第一阶段3~5秒快关,关闭阀门约80%开度,后约15s慢关,关闭剩余开度。
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