1 水击及其危害

　　水击是压力管道中一种重要的非恒定流。当压力管道中的流速因外界原因而发生急剧变化时，引起液体内部压强迅速交替升降的现象，这种交替升降的压强作用在管壁、阀门或其他管路元件上好像锤击一样，称为水击。

　　水击引发的压强的升高或降低，有时会达到很大的数值，处理不当将导致管道系统发生强烈的震动，引起管道严重变形甚至爆裂。因此，在压力管道引水系统的设计中，必须进行水击压力计算，并研究防止和削弱水击作用的措施。

2 管道水击计算

　　管道水击计算时，管道的计算长度就是从阀门开始到上游离它最近的安全阀（调压井）之间的距离，阀门的关闭时间按按照操作规程确定。

　　（1）水击波传播速度

14351435

C = ——————＝ ——————

式中：C——均质圆形管水击传播速度，单位为m/s;

K——水的体积弹性模数，单位为KN/m²;

D——管道管径，单位为m;

E——管材纵向弹性模数，单位为KN/m²;

e——管壁壁厚，单位为m;

α——K与E的比值，钢筋砼管道α=0.10。

　　（2）水击类型判别

由计算管段长度和水击波速可计算出水击波在管路中往返一次所需的时间，即水击相时；然后根据阀门关闭历时与水击相时确定水击类型，即直接水击或间接水击。当阀门关闭历时等于或小于一个水击相时，瞬时关闭阀门所产生的水击为直接水击，否则为间接水击。水击相时公式如下：

2L

T_t = ———

C

式中： T_t—— 水击相时，单位为s;

L—— 计算管段长，单位为m;

C—— 水击波速，单位为m/s.

　　（3）水击水头

直接水击水头(T_g≤T_t)

CV₀ 2LV₀

H_d = —— = ———

g gT_t

间接水击水头(T_g>T_t)

2LV₀

H_i = —————

g (T_t+T_g)

式中：H_d——直接水击水头，单位为m;

H_i——间接水击水头，单位为m;

C——水击波速，单位为m/s；

L——计算管段管长，单位为m;

V₀ ——阀门前水的流速，单位为m/s;

T_t ——水击相时，单位为s;

T_g——关闭阀门时间，单位为s，取30s;

g——重力加速度，单位为m/s²。

将管道中正常计算的压力水头加上水击产生的压力水头，就是管道中压力水头的最大值，是用来控制管道级别的重要数据。

3 水击压力防护措施

　　为确保管道安全运行，除在设计中慎重考虑外，更应加强管理，制定和遵守严格操作规程。水击压力计算公式表明：影响水击压力的主要因素有阀门起闭时间、管道长度和管内流速，因此，可针对以上因素在管道工程设计和运行管理中采取以下措施来避免和减小水击危害。

　　（1）操作运行中应缓慢启闭闸门以延长闸门启闭时间，从而避免产生直接水击并可降低间接水击压力。

　　（2）由于水击压力与管内流速成正比，因此在设计中应控制管内流速不超过最大流速限制范围。但有时管道中的流量是一定的，管径一般由动能经济计算确定，减小流速意味着加大管径。用减小流速的办法降低水击压强，往往是不经济的，一般并不采用。但在一定的条件下，例如适当的加大管径可以免设调压井时，采用这一措施可能是合理的。

　　（3）由于水击压力与管道长度成正比，因此在设计中可隔一定距离设置具有自由水面的调压井或安装安全阀和进排气阀，以缩短管道计算长度并消减水击压力。减压阀适用于引水管道较长和不担任调频任务的中小型水电站是比较经济的。但由于减压阀在电站机组增加负荷时不起作用，不能改善电站运行的稳定性，电站在变动小负荷（机组额定出力15％以下）时减压阀不动作，因而恶化了机组的速动性，这种一般采用调压井减小水击压强。