水击

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 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。

水击压头H=a?△V/g= a?(V0－V)/g

其中：V0－水击前的流速，米/秒

V－水击后的流速，米/秒

g－重力加速度，米/秒2

a－水击波传播速度，米/秒，与管径、壁厚、管道材质、管道弹性模量、介质

密度、介质的体积弹性系数、管道的固定情况有关

可见，对输送某种介质的某条管道，水击压头的大小与水击时管道流速的变化量成正比（注意流速应有方向性，假设某方向为正，即反方向应为负）

第四节输油管道中的水击

一、水击产生的原因及其危害

水击现象，是指在压力管路中，由于某种原因而引起流速变化时，引起的管内压力的突然变化。如开关阀门过快，突然停泵等，均会引起阀门处、泵入口的油流压力突然变化。造成压力波在管内的迅速传递，并可听到对管壁的锤击声音，故把水击又称作水锤。

水击压力是由于惯性造成的，它的实质是能量转换。即液体在减速的情况下将其动能转换为压能；在液流加速的情况下，压能转换为动能。对于一般原油管路，流速变化1m/s所引起的水击压力值约为1Mpa，汽油管路则为0.8Mpa～0.9Mpa。

液体流速突然下降(特别是高流速的管道)所产生的水击是最危险的。如突然关阀、突然停泵，可能产生很高的水击压力。当某中间泵站突然停电引起泵机组突然停运时，该站突然停止了对下站的供油，但上站仍以常量向停电站输油，故在停电站的入口处，上站来油停止流动，发生阻塞，致使压力上升；而在通往下站的管路内，油流在惯性作用下，仍保持向前流动，使停电站出口处因断流而产生真空，少量的液体蒸发，蒸发产生的气体积聚在管线的高点形成气泡，当气泡破裂时上下游的液体相撞，产生高压。水击严重时会产生管线爆裂事故。如前苏联的奥姆斯克一索库尔轻油输油管道，有一中间泵站因电源故障，突然停泵，致使从A 站到B站的全部液流立即停止流动，产生水击，使上站的管道发生破裂。因此，在泵站和管道的设计中，尤其是以“从泵到泵”输送方式的输油管道，如果不考虑这一点，将会发生严重的后果，常导致管道发生爆裂。

二、水击计算的基本公式

1、水击压力

由于液流速度的瞬时变化所引起的初始水击压力值(压力增值)可按下式计算

（5-4-1）

式中ΔP——-由于液流速度的瞬时变化所引起的初始水击压力，Pa；

ρ——-液体的密度，kg/m3；

a——水击波在该管道中的传播速度，m/s；

v0——正常输油时液体流速，m/s；

v--一突然改变后的液体流速，m/s。

如阀门突然全部关闭，液体的流速立即降为零，此时的初始水击压力值为

(5-4-2)

用公式(5-4-1)、(5-4-2)可得出流速突然减小或突然降为零时所引起的压力增值。如起始流速突然增大，则可得出相应的压力降低值。

2、水击波的传播速度

水击波的传播速度a可按下式计算

(5-4-3)

式中 a——压力波的传播速度，m/s；

E-——管材弹性模量，Pa；

D——管道内径，m；

δ——管壁厚度，m；

ρ——液体密度，kg/m3；

k——液体的体积弹性系数，Pa；

C1——管子的约束系数，取决于管子的约束条件：一端固定，另一端自由伸缩，C1=1-μ/2；管子无轴向位移(埋地管段)，C1=1-μ2；管子轴向可自由伸缩(如承插式接头连接)，C1=1；μ——管材的泊松系数。

表5-4-1 常用材料的弹性模量和泊松系数

名称E×l09/Pa μ名称E×l09/Pa μ

钢206.9 ≈0.30聚氯乙烯 2.76 ≈0.45

铜110.3 ≈0.36石棉水泥≈23.4≈0.30

铝72.4 ≈0.33混凝土30～107.8 0.08～0.18

球墨铸铁165.5 ≈0.28橡胶≈0.07≈0.45

表5-4-2 几种液体的体积弹性系数

液体名称体积弹性系数，×105/Pa

20℃30℃40℃50℃90℃

水

丙烷

丁烷

汽油

煤油

润滑油23900

1760

3560

9160

13600

15600

1370

3020 22150

1040

2510

12050

715

2130

7600

13800 21750

原油

15℃密度0.83

15℃密度0.90 7℃

15300

19200 21℃

13500

17350 38℃

12250

15600

对于一般的钢质管道，压力波在油品中的传播速度大约为1000 m/s～1200m/s，在水中的传播速度大约为1200m/s～1400m/s。

几种常用材料的弹性模量和泊松系数列于表5-4-1。

液体的体积弹性系数随其组成、温度和压力而不同。但在4.OMPa以下，弹性系数随压力的变化较小，随温度的变化较大。表5-4-2列出了国外测定的几种液体的体积弹性系数。由表5-4-2可见，随着温度的升高，液体的体积弹性系数减小。温度升高，液体的密度也减小，意味着液体的可压缩性增大，压力波的传播速度减小。

三、水击波的传播过程

现以等直径简单管道中的水击波传播过程为例，来说明阀门突然关闭时所引起的水击现象。如图5-4-1所示，液体自具有固定液面的大水池，沿长为L，直径为d的等直径管道流向大气中，管道出口装有阀门。

当阀门开启一定大小的正常情况下，管道中的流速为v0。如将阀门突然关闭，则阀门处的液体流速从v0突然减少到零。但由于惯性作用，液体还企图以v0的速度流动，因而将有一惯性力作用于阀门。根据作用力和反作用力的关系，阀门对液体也有一个大小相等方向相反的反作用力作用于液体并传递给管壁，从而使这层液体被压缩，密度增加，压力增高了ΔP，同时管壁也发生膨胀。在分析水击现象时，尽管液体和管子的弹性都不大，即压缩性很小，但绝对不能忽视。

水击传播的一个循环可分为四个阶段：

1、水击波传播的第一阶段——管中增压波从阀门向管道进口传播的阶段。

图5-4-1 阀门瞬时关闭后一个周期内管内压力的变化过程

如图5-4-1(a)所示。设阀门在t=0时突然全部关闭。此时，紧靠阀门的一层液体在很短的时间内，首先停止流动，速度由v0降到零，产生水击增压ΔP，使该层液体受压缩，密度增加，而管壁发生膨胀。此后，第二层液体相继停止流动，同时压力升高，液体受压缩，使密度增加，管壁膨胀。这样，由于液体停止而形成的高低压区分界面，依次向上游传播。传播的速度为a，实际上接近于液体中的音速。

当阀门关闭后t1=L/a时刻，压力波面传到了管道人口处。这时全管内液体都已停止流动，液体处于被压缩状态，压强增高了ΔP，密度增加，管壁膨胀。

2、水击波传播的第二阶段——管中减压波向下游传播的阶段

如图5-4-1(b)所示。当t1=L/a时，压力波传到了管道人口，由于管道中的压力高于水池压力，所以紧靠水池的一层液体将以速度v0开始向水池流动，而使水击压力消失，压力恢复正常，液体密度和管壁也恢复原状。从此刻开始，管中的液体高低压分界面又将以速度a自水池向阀门传播，直到t2=2L/a时刻，高低压分界面又传到了阀门处，这时全管道内液体压力和体积都已恢复原状，而且液体以-v0的流速向水池方向流动。

3、水击波传播的第三阶段——减压波向上游传播的阶段

如图5-4-1(c)所示。在t2=2L/a时，全管道恢复正常，但因液流的惯性作用，紧邻阀门的一层液体仍然企图以速度v0向水池方向流动，而后面又没有液体补充，使靠近阀门的微小流段内的液体发生膨胀，因而该段的压力下降ΔP，进而使液体加倍膨胀，管子处于收缩状态。同样，第二层、第三层液体依次膨胀，形成的减压波面仍以速度a向水池方向传播。当t3=3L/a 时刻，减压波面传到管子人口处，这时全管道内液流流速为零，压力降低了ΔP液体膨胀，管子收缩。

4、水击波传播的第四阶段——增压波向下游传播的阶段

如图5-4-1(d)所示。在t3=3L/a时，减压波面传到了管道人口处，由于管道中的压力比水池液面静压低ΔP，因而液体又以速度v0向管道中流动，使紧邻管道人口处的一层液体压力恢复正常，液体密度和管道也恢复正常。这种情况又依次以速度a向阀门方向传播，直到t4=4L/a 时刻，减压波面传到了阀门外，这时液体以v0的流速向阀门方向流动。

图5-4-2 阀门上游侧压力随时间的变化

在t4=4L/a时，全管内的压力正常，但仍有一个向下游的流速v0，呈现出开始关阀瞬间同样的状态。这时，同样会由于液流的惯性作用而产生一个增压波ΔP，从此又开始了压力传播的第二个循环。如果没有水流摩擦及因管壁和液体的变形所产生的能量损失，这种水击现象

将会反复继续下去。

图5-4-3 长输管道的水击压力传播

由以上分析可以看出，在水击发生和发展过程中，其流速和压强沿管道每一瞬间都在变化，而在阀门处的B点，压强最先增高和降低，并且时间最长，变化最激烈。图5-4-2表示阀门B处的水击压力随时间周期变化图。从图中可看出，从阀门开始关闭的时间起，在t<2L/a的时间内，由上游反射回来的减压波，还没有到达阀门处，因此阀门在(0～2L/a)时间内，所受的压力比静压高。而在t>2L/a时，由上游反射回来的减压波已经到达了阀门处，一直到t=4L/a为止，因此阀门在(2L/a～4L/a)内所受的压力比静压低，并且在t=4L/a这一瞬向，压强水头又增高了，回到了t=0的情况，以后即重复上述过程，呈周期性变化。由于这些原因，阀门处的压力增减幅度为2ΔP，因此阀门处的水击最为严重。

但实际上，由于在传播过程中伴随有水力阻力和管壁变形，发生能量消耗，使水击压力逐渐减少，延续—段时间后，会逐渐消失。

四、管道充装与压力波的衰减

1、管道充装

由于稳态流动时摩阻损失引起的压力坡降的存在，在管道水力瞬变过程中，增压波前峰经过后，管道容积和管内压力继续增加的过程称为管道充装，如图5-4-3所示。该管道系统稳态时的压降由水力坡降线表示。当管道下游产生扰动(阀门关闭)，阀门上游侧的液体停止流动，产生瞬变增压力ΔH1压力波沿管道向上游传播。在压力波沿管道传播过程中，由于水力坡降的存在，波前峰处的压力与下游扰动源(关闭的阀门)处的压力仍存在压力差。有压差，就会有剩余流动，并造成下游管内压力上升ΔH2。在ΔH2的作用下，管壁发生膨胀，液体受到压缩，又为流入的液体提供充装容积，并使剩余流动不断减小。考虑摩阻的影响，关阀后阀门上游侧压力的上升可分为两部分：①因突然关阀产生的直接瞬变压力ΔH1；②因管道充装增加的压力ΔH2。

由于摩阻的存在，受减压波作用的管道，减压波前峰过后，在管内也会存在剩余流动，造成受减压扰动作用的管内液体发生膨胀，压力进一步降低。

2、压力波的衰减

如前所述，压力波在向上游推进的过程中，所经之处液体仍有剩余流动。换句话说，随着压力波沿管内传播，所经各点流速变化ΔV会小于扰动源处的变化值，并且随压力波传播距离的增加，ΔV值会越来越小。ΔV值小，沿线不同管道位置处产生的瞬变压力也会减小。如图5-4-3所示，波前峰峰值压力曲线已不再平行于稳定时的水力坡降线。这种压力波前峰值下降的现象称为压力波的衰减。压力波传播过程中的能量损失也会使压力波产生衰减，但这种衰减与剩余流动产生的衰减相比要弱得多。只要管道存在摩阻损失，就必然存在管道充装和压力波的衰减过程。对于长距离管道，这两个问题显得比较突出和重要。

五、一个中间泵站突热停运时的水击特点

长距离输油管线曲若干个泵站串联组成，、对于“从泵到泵”方式运行的管线，中间站均设有自动压力越站单向阀。正常情况下，由于出站压力大于进站压力，使单向阀不能打开，当中间站因故突然停运时(如突然停电)，虽不致于使油流完全停止流动，但该站的通过能力明显下降，并且对上下站间管路的设计提出了一定的要求，具体表现为下列现象：突然停电的瞬间，停电站入口处来油流速未变，而去泵流速骤然降低，产生压缩波使压力上升，而在停电站出口处，由于惯性作用，油流往下站的流速未变，而泵出口的油流速度骤然下降，产生稀疏波使压力下降。由于流速的变化幅度相同，故升压值等于降压值。随着停电站进站压力的

上升和出站压力的下降，当进站压力略大于出站压力时，越站单向阀自动开启(停电后6～7秒钟单向阀动作，干线内重新恢复流动。由于进站压力的上升值与出站压力的下降值相等，故单向阀开启时的越站压力值，必然为停电前进出站压力值之和的1/2(不计站内摩阻)。表5-4-3为实际测出的某泵站停电时进出站压力的变化情况。

由于停电站产生的水击对上站是增压波的影响，使管路沿线的压力升高，而在停电站泵入口处压力升高的最多。所以在设计时，必须考虑在停电的情况下，进站部分的管件，泵的密封装置等应能够适应压力的骤变。故对进站部分的设备及管线的承压能力，限制为不低于出站压力的1/2。

停电站产生的水击对下游站则是减压波的影响。当减压波向下游传播时，在管路沿线动水压力较低处，即在泵站布置图上水力坡降线与管路纵断面图相距很近的那些地方，主要是站间管路中途的高峰处及进站前的起伏处，当负压力波到达时可能使这些地方的压力降至大气压以下，因而会使原油中的溶解气及某些轻烃析出，在液体内形成许多小气泡。当压力进一步下降，低于液体的饱和蒸气压时，管内液体就会汽化，产生蒸气。蒸气与已形成的溶解气泡结合，形成较大的气团在管内上升。液体内的气泡倾向于停留、聚集在管道高点或某些顶端的局部位置，形成较大的气泡区，而液体则在气泡的下面流过，这种情况称为液柱分离。气泡区形成后，它会连续地增长直到气泡两侧液柱流速达到平衡为止。一般上游液柱会减速，下游液柱会加速。当低压区受到增压波作用时，蒸气泡会破灭，两液柱相遇时有可能产生高压。当管内压力低于液体的饱和蒸气压时，液体内溶解气的逸出和液体的汽化，会在很大程度上降低压力波的传播速度，使水力瞬变的分析过程变得复杂。为了预防上述现象，就要使管路沿线各处的动水压力均高于一个定值。原油管道的定值为不少于2MPa。这—点对地形起伏不平的管路更要注意。

六、密闭输送管道的事故保护

如前所述，在密闭输送的管线上，当某些意外事故导致一个中间泵站或一台泵机组突然停止时，将发生急剧的大幅度压力变化。一般的调节系统对此无能为力，必须有可靠的事故保护系统，以确保管线的安全运行。

干线的事故保护包括超压保护及漏泄检测两部分。

1、干线的超压保护

(1)进站泄压阀

进站泄压阀不仅是接力保护过程中的主要保护设备，而且也是水击超前保护过程中的关键设备。这种设备主要用于本站或下游站泵机组全停或干线阀关闭后进站压力超高的泄压。另外还能为出站泄压阀泄量过大时，为原油排放提供泄压通路。进站泄压阀系统主要由一对胶囊式泄压阀和一套氮气控制系统组成，如图5-4-4所示。

图5-4-4 进站泄压阀系统工作原理图

由图5-4-4可以看出，氮气瓶中的氮气经过氮气瓶角阀PCV735减压后，氮气压力降为5～10Mpa。然后经过一个单向阀送给氮气压力给定阀PCV731, PCV731将氮气压力减压并稳定在0.6Mpa。然后作用于泄压阀胶囊外侧。在正常输油状态下，由于这一给定氮气压力高于泄压阀胶囊里侧的进站原油压力，位于隔断式鼠笼状阀芯外侧的胶囊套将阀芯A侧条孔封死，油路切断。当进站压力高于氮气给定压压力时，胶囊套膨胀，阀芯A侧条孔打开，进站原油将从阀芯的A侧条孔流出，从B侧条孔中流入，然后泄于水击泄放罐中。胶囊式泄放阀的泄放量可按下式计算：

(5-4-4)

式中 Q——泄压阀泄放能力，m3/h；

ps——压力给定值，kPa；

d——液体(原油)密度，g/cm3；

k——粘度修正系数，按照液体的粘度大小取0.7～0.9，粘度高者取较小值；

F——流量系数，随泄压阀口径与压力给定值的百分数而异。

表5-4-3列出美国格老夫(Grove)阀门厂生产的887型中和低压泄压阀的流量系数F。进站泄压阀的氮气给定值只是其泄压阀的开启值。一旦进站压力超高泄压阀开启后，进站压力并不是稳定在氮气压力给定值上，而是要高于氮气压力给定值，即压力表PI-101的指示值要高于PI-730的指示值。同时进站原油压力要随着原油泄放量的增加而升高。因此进站泄压阀系统为非定值自力式压力调节系统。该种泄压阀泄放量比较大，反应很灵敏，全部开启时间仅需0.1s。

②运行注意事项

a、每天检查一次氮气源状态。当压力表PI-732指示值低于2MPa时，应立刻更换氮气瓶；

表5-4-3中和低压泄压阀流量系数F

阀通径/

mm 超过压力给定值百分数

10% 13% 15% 20% 30% 42% 55%

150 141 169 186 225 282 338 395

200 205 300 330 400 500 600 700

250 346 415 457 554 692 831 970

300 505 606 808 808 1010 1212 1414

b、只要PSL-734发出氮气压力低信号时，应及时采取措施，补充氮气压力，严防正常输油状态下，原油误泄到泄放罐中；

c、在切换压力越站流程前，一定要先关闭进站泄压阀上侧的手动阀。因为在压力越站流程下，进站压力将在2.5MPa左右，远远超出氮气设定压力；

d、水击泄压阀及管线伴热保温技术状态完好，其伴热温度在35～45℃范围之内。

(2)出站泄压阀

①工作原理

针对出站压力超高保护的各种设施来讲，出站泄压阀的动作频率最高和降压效果也最为明显。另外由于出站泄压阀的出口管线接在串联泵的入口，在不超过进站泄压阀氮气给定压力的情况下，出站泄压阀泄放的原油不是进入水击泄放罐，而是通过串联泵进行站内循环，这种站内循环流程有利于提高密闭输油的安全性。

出站泄压阀系统由压力变送器PT-100C、记录仪PR-100C、电磁换向阀和主阀所组成，如图

5-4-5所示。

图5-4-5 出站泄压阀系统工作原理图

由图5-4-5可以看出，当出站压力低于记录仪的压力给定值时，出站压力变送器PT-100C输出减少，记录仪PR-100C的输出继电器释放，电磁换向阀失电，在电磁换向阀弹簧力的作用下，电磁换向阀的P口与A口接通，B口与O口接通。由于P口接在主阀的高压侧，O口接在主阀的低压侧，A口与B口的压差使主阀关闭。当出站压力高于记录仪压力给定值时，PT-100C输量增加，PR-100C的输出继电器吸合，电磁换向阀带电，由于电磁力大于弹簧力，电磁换向阀的P口与B口接通，A口与O口接通，由于B口的压力高于A口的压力，主阀打开，出站压力下降。当出站压力等于记录仪压力给定值时，主阀停开，从而实现了出站压力超高的保护作用。通过上述工作过程分析可以看出，与进站泄压阀不同，在有出站压力超

高检测信号时，出站泄压阀系统为定值电液凋节系统。该种泄压阀具有反应灵敏、调节准确度高、阀状态检测简便、易进行试验和可靠性高等优点，但是出站泄压阀的全部开启时间要比进站泄压阀长，约7s。

②运行注意事项

a、选用容积不小于0.5L、过滤精度为0.25mm和过滤网为不锈钢的仪表专用过滤器(这种过滤器可以从流量计生产厂家购到。由于这种过滤器具有过滤面积大、容积大、耐腐蚀、防油流旁路性能好和滤油精度适中，所以一旦投用之后，针对大庆原油无需清洗和更换过滤网。如果选用小容积，过滤精度过高和采用其他材质的过滤器，会使出站泄压阀动作缓慢和故障率显著提高；

b、每周在线试验一次出站泄压阀。对于出站压力超高保护措施来讲，出站泄压阀技术性能的好坏至关重要。对此出站泄压阀的检查不仅要看外观，而且要进行一些在线定量检查，方可保证出站泄压阀技术状态完好。检查内容包括记录仪给定值的准确性(误差小于(0.05MPa)、管路伴热保温(包括检测导管、液压导管、原油管线和阀体保温箱四部分内容)和仪表控制接线可靠性三个方面。试验方法和技术要求是：在三台泵机组运行情况下，记录仪给定值相对于运行压力值下调0.1MPa，通过记录仪10个周期曲线观察，控制回差应小于0.3MPa、调节周期小于5s和动作响应时间小于1s。遇有问题应及时解决，并保留好故障解决记录和记录仪曲线；

c、尽可能选用三位四通电磁阀，加装手动控制板，可以有效地提高出站泄压阀可靠性。选用三位四通电磁阀后，通过适当地接线，使三位四通阀仍然保持开或关两位控制状态。电磁阀的这种应用方式具有如下几种优点：

a、由于不论开阀还是关阀都有一侧电磁阀线圈带电，使电磁铁始终处于温热状态，这样原油对电磁阀阀芯粘滞阻力小，所以电磁阀换向速度快。

b、相对于同功率单线圈两位四通阀，电磁换向拉力大，开或关灵敏可靠。换句话说，要具有同样大的电磁换向拉力，单线圈两位四通阀所选功率要大于三位四通电磁阀1倍以上，同时体积也要增大许多。

图5-4-6 调节阀自动控制原理

c、有了手动控制板，为运行人员在站控室内进行遥控手动操作提供了便利条件，这是出站泄压阀自控系统失灵的一种后备保护措施。另外，加装手动控制板还有利于出站泄压阀的定期试验。

(3)进出站压力调节阀

一般泵站出站端都装设有调节阀，用于调节瞬变流动过程中管道系统的压力脉动，防止进站压力过低和出站主力过高，维持普道正常运行。泵站出站调节阀自动控制的基本原理见图5-4-6。进站与出站压力传感器监测管内压力，由压力变送器分别向各自的调节器发出信号与各自的限定值进行比较。如果进站压力低于给定的限定值，正作用调节器会发出低值信号；如果出站压力超过它的限定值，反作用调节器也会发出低值信号，低值选择器给出关阀指令。这样就可做到出站压力高于限定值时，调节阀朝关闭方向动作，使出站压力下降；进站压力低于限定值时，调节阀同样朝关闭方向动作，使进站压力上升。管道进、出站压力均未超出限定值时，调节阀保持全开状态。

(4)水击超前保护

自动压力调节与自动压力保护是在水击发生后，当水击压力波传到其它各站并使其进出站压力超过其设定值后，各站自控系统根据本站检测信号，判断进出站压力超限后，发出执行调节或保护措施的命令。水击超前保护是水击发生后，在水击压力波还未传播到其它各输油站之前，各站提前提高进站压力或降低出站压力(节流或停泵)，发出与迎面而来的水击波相反

的压力波，抵消水击的影响。具体地说，某站位于水击发生地点的上游，该站在水击波未到达该站之前降低出站压力，产生一个向下游传播的减压波拦截迎面而来的增压波，反之该站提前提高进站压力，产生一个向上游传播的增压波拦截迎面而来的减压波。能否实现水击超前保护，由以下几个因素决定：

1)站间距离与水击压力波速度：我国输油管道站间大约60～80km，水击压力波在输油管道内的传输速度大约为lkm/s。当某站发生水击时，水击压力波传播到相邻的输油站大约需要60～80s时间，水击超前保护只有这60～80s的宝贵时间得以实现；

2)准确可靠的检测仪表、高水平的全线自动化系统及完善可靠的数据传输系统。目前长输管道使用的SCADA为水击超前保护提供了可靠的保证；

3)功能强、结果准确的工况分析软件及控制软件：密闭输油管道工况变化规律，复杂水击发生的原因多种多样。水击发生时，通过数据传输系统迅速向所有输油站发出信号，按预先作出的水击模拟分析结果编制的控制程序，各站实施水击超前保护。

密闭输油管道的全线自动化控制是个庞大的系统工程。它因管道系统、设备、传输介质不同而不同，但最主要的原则就是保证管道的安全运行，在事故状态下能对管道实施合理而行之有效的保护措施。

2、干线的检漏

目前国内外对于长输管道的少量漏泄，还没有可靠的检漏技术，下面仅从原理上介绍几种已经和可能使用的检测技术。

1)压力坡降法检漏如图5-4-7所示，在管道上设若干个测压点Pl～P6，以测量沿线的压力变化。在正常输送时，站间管道的流量为Q0，水力坡降如图中的直线BC所示。当管道发生漏泄时，漏泄点前的流量变大，如图中Ql，坡降线变陡；漏泄点后则流量变小，如图中Q2，坡降线变缓。沿线的水力坡降呈折线状，如图中的DAB线所示，折点即为漏泄点。漏油后，泵站的出站压力下降，漏泄量越多，下降越多。但此法只能用于检测较大的漏泄，并需要在沿线设较精确的测压点，或站上可精确的计量流量。

图5-4-8 压力波法检漏

图5-4-7 压力坡降法检漏

2)压力波法检漏干线发生漏泄时的水力现象，类似于分支管路上的阀门突然开启，会产生一个负压力波，从漏点开始以一定的传播速度分别向上、下游的泵站传播。根据沿线各点连续观测记录的压力，可以检测出由于负压力波到达而产生的突然压力下降和负压力波到达的时间。根据各测点负压力波到达的时间差，可以确定漏泄点位置。根据压力下降的幅度和漏泄点位置，可判断漏泄量的大小。如图5-4-8所示，如在测点D、E之间，距D点x处发生了漏泄，DE的间距为L4，压力波传播速度为C。设分别经过时间tD及tE后，压力波传到D 点及E点，故

由此二式得 (5-4-5)

即由二测压点测到压力波到达的时间差可确定漏点位置。在传播速度难计算的情况下，可根据各相邻测点间压力波到达的时间差求C。

据国外资料介绍，此法能迅速地检测出少量的漏泄。因漏泄而引起的全线压力变化，除了与支线突然开阀相似外，均不同于其它因素引起的压力变化，根据此特点可判断压力变动是否

因漏泄引起。检测的精度决定于计时的正确性。但此法的具体应用还有不少困难，首先是要求全线有较多的能连续测量、记录以及遥传的测压点，装置也很复杂。

浅析管道水击及防范措施

浅析管道水击及防范措施 摘要：管道在运行时,由于突然停电或停泵,使管道中的流速和动量发生急剧变化,而发生水击或水锤现象, 水击可导致管道系统的强烈震动，对管道系统造成影响或破坏，甚至危及设备和人身的安全。因此，火力发电厂汽水管道如果管道发生水击，会直接影响了汽水系统的安全运行，对电厂的安全生产构成严重威胁。 热力管道系统是火力发电厂的生命线，如何保证汽水管道的安全稳定运行，对水击现象进行了分析和探讨,提出了预防管道系统水击的方法和措施,防止水击现象发生，对电厂的安全生产和经济运行有着重要意义。 一、常见汽水管道水击现象 1、蒸汽管道水击现象及其特征 在热力发电厂中水击现象最容易在蒸汽管道中发生，主要集中在主再热蒸汽管道、抽汽管道、汽封管道、高低加疏水管道等，而蒸汽管道产生水击通常是以下几种状态比较普遍： （1）蒸汽管道由冷态备用状态投入运行，因进汽阀门开启过快或过大致使管道暖管不足；或是管道疏水未开启、不畅或疏水管堵塞时，管道比较容易发生水击。 （2）汽轮机或锅炉负荷增加速度过快，或是锅炉汽包发生满水、汽水共腾等事故，使蒸汽带水进入管道。 （3）运行的蒸汽管道停运后相应疏水没有及时开启或开度不足，在相关联的进汽阀门未关闭严密情况下，漏入停运管道内的蒸汽逐渐冷却为水并积聚在管道中，在一定时间后，管道将发生水击。 蒸汽管道在以上状态下发生水击现象时，主要表现的特征是： （1）管道系统会发生振动，管道、支（吊）架及管道穿墙处均有振动，水击越强烈振动也越强烈。 （2）是管道内发出刺耳的声响，但不同情况下的水击时发出的声响各有特点，如投运时暖管或疏水不足的管道多阶段性地发出“咚咚”的声响；而蒸汽带水进入管道则多发出类似空袭警报声的连续啸叫声；停运后的蒸汽管道如前述发生水击时多阶段性的发出如金属敲击般的尖锐声响。 （3）管道系统在蒸汽带水进入管道时，如管道系统有法兰连接情况下，在管道的法兰结合处容易发生冒汽现象，水击严重时，法兰垫被冲坏致使大量漏汽。 2、水管道水击现象及其特征 火力发电厂主要的水管道如给水管道、除盐水管道、凝结水管道、循环水管道一般比

水击计算

水击计算 当发生水击现象时，根据流体力学原理，压力管道中任一点的流速和压力不仅与该点的位置有关，而且与时间有关，这一不稳定状态将持续过渡到下一个稳定状态。 设在水平管内取出一段流体，在时间段△t 内，水击波从流体的一边传递到另一边。水击波传播速度为a ，所以流体长度为△L= a △t 。设原有的流速为V 0，水击波通过后的流速为V 0 –△V ，流速变化值为△V 。压强也从原有的γH 增大到 γ(H+△H)，同时流体密度和管道断面都有相应的变化。 根据冲量变化应等于动量变化的原理，即 △ p △t = m △V [(γ+△γ)( H+△H)( A+△A)－γHA] △t = ()g γγ?+( A+△A) △L △V 忽略二阶微量，并且t L ?? = a ，得： △H + H A A ? = g a △V 再忽略管道断面的变化，得出水击压头的增值为： △H = g a △V = g a (V 0 –V) 式中：△H —— 水击压头 ，m ； a —— 水击波速 ，m/s ； V 0 —— 起始流速 ，0.91m/s ； V —— 终了流速 ，0m/s ； A —— 管内截面积，m 2 ； γ —— 流体的容重，kg/m 2. S 2； g —— 重力加速度 ，9.81m/s 2 。 再根据连续方程，求得水击波速为： a = Ee KD K +1ρ 式中： a —— 水击波速 ，m/s ； K —— 介质的体积弹性模量，1242MPa ； ρ —— 介质密度 ，856kg/m 3 ； D —— 管道内径 ， 0.208m ； e —— 管壁厚度 ，0.0052m ； E —— 管材的弹性模量，2.5×105MPa 。 a 约为 1100m/s 。

管道的水击分析与计算

学生姓名：某某 专 业：过程装备与控制工程 班 级：过控0704 指导教师：某某 2010年10月10日 管道的水击分析与计算

目录 摘要 (3) 关键词 (3) Ⅰ水击的产生 (3) Ⅱ水击保护方法 (3) 一.增强保护 (3) 二.超前保护 (3) 三.泄放保护 (3) Ⅲ管道的水击分析 (4) 一.水击对输油管道造成的主要危害 (4) 二.管道分析的目的 (4) 三.管道分析所需要的基本数 (4) 四.管道分析取得的成 (4) Ⅳ水击控制及保护设施 (5) 一.泄压阀 (5) 二.调节阀 (6) Ⅴ水击计算 (7) 一.水击波的压力增加 (7) 二.水击波的传输速度和水击压强 (7) Ⅵ防止水击的措施 (9) 一.增加防止水击设备 (9) 二.建立安全操作体系 (10) Ⅶ结语 (10) 参考文献 (11)

管道的水击分析与计算 摘要：输油管道的密闭流程使管道全线成为一个水力系统，管道沿线的某一点流动参数变化会在管内产生瞬变压力脉动。该压力脉动从扰动点沿管道上下游传播，引起管道的瞬变流动进而引起的压力波动称为水击。它引起管内压强上升，轻则噪音与振动，重则超过管内原有正常压强的几十倍甚至上百倍，以致超过了管壁材料的允许应力，造成管道和管件的变形甚至破裂。因此，了解水击现象的发生、发展过程和计算，对削弱水击所产生的危害是十分必要的。现代大型计算机的广泛应用，对输油管道的水击分析利用专门编制的程序进行，使得在防护方面取得了理想的经济和社会效益。 关键词：水击；水击防护；瞬变流动；防护系统；水击计算 Ⅰ水击的产生 管道中液体的运动状态突然改变的情况下发生（如阀门的突然关闭或突然开启，水泵的突然启动或停止，水轮机或液压油缸突然变化负载等）。由于流速突然发生迅速变化，结果由于流体惯性，必然引起管内压强的剧烈波动，即压强的突然上升与突然下降，并在整个管长范围内传播。压强突变使管壁产生振动，并伴有似锤之声，故将这种现象称为管内水击现象。 现代输油管道的密闭输油流程使管道全线成为一个水力系统，管道沿线某一点的流动参数变化会在管内产生瞬变压力脉动。该压力脉动从扰动点沿管道上下游传播，即引起管道的瞬变流动，管道瞬变流动引起压力波。管道产生瞬变流动，流量变化量越大，变化时间越短，产生的瞬变压力波动越剧烈。管道产生水击主要是由于管道系统事故引起的流量变化造成的。引起管道流量突然变化的因素很多，基本上可分为两类：一类是有计划的调整输量或切换流程；另一类是事故引起的流量变化，如泵站突然停泵、机泵故障停泵、进出站阀门或干线截断阀门故障关闭、调节阀动作失灵误关闭等原因。另外，对于顺序输送的管道，两种油品的交替过程，也会在管内产生瞬变流动。 对于有计划调整流量或改变输送流程，可以人为地采取措施，防止或减小压力的波动，使产生的压力波动处于允许的范围之内。 对于事故引起的流量变化，产生的瞬变流动剧烈程度，取决于事故本身的性质。如果压力变化引起的瞬变压力超过管道允许的工作条件，就需要对管道系统采取相应的调节与保护措施。 Ⅱ水击保护方法 水击保护的目的是由事先的预防措施使水击的压力波动不超过管道与设备的设计强度，不发生管道内出现负压与液体断流情况。保护方法按照管道的条件选择，采用的设施根据水

什么叫作水击

１．什么叫作水击？ ２．水击时伴随什么样的现象？ ３．在收发油作业过程式中，有那些操作会引起水击？ ４．给生产和设备带来什么样的危害？ ５．防止和减少水击有哪些措施方法？ ２．1 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 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。 ３．水击压力计算公式 水击压头H=a?△V/g= a?(V0－V)/g 其中： V0－水击前的流速，米/秒 V－水击后的流速，米/秒 g－重力加速度，米/秒2 a－水击波传播速度，米/秒，与管径、壁厚、管道材质、管道弹性模量、介质密度、介质的体积弹性系数、管道的固定情况有关 可见，对输送某种介质的某条管道，水击压头的大小与水击时管道流速的变

需水量计算

丰台花乡羊坊村2016年雨洪利用工程 ——需水量预测与水量分配方案1.景观水系总体布置 结合公园景观水系设计方案，为了便于水量平衡分析，现将公园水系进行分区。 表1 羊坊村雨洪利用工程景观水系总体布置

项目用水主要为公园水系的蒸发渗漏，以及绿化带内绿化灌溉用水。 2.景观水系蒸发水量 项目区内无蒸发实测资料，本次采用多年平均蒸发量对项目蒸发量进行计算。 丰台区多年平均蒸发量为1127mm。蒸发量夏季大，冬季小，最大蒸发量发生在6月。6月总蒸发量为200mm，可计算得6月平均日蒸发量为6.6mm。 本次以年内最大月的日平均蒸发量估算河湖的水面蒸发量。结果见下表2。 表2 项目区水系蒸发量计算表

3. 渗漏 入渗补给量是一个较为复杂的变量，从总体看渗透分为垂直入渗和侧向入渗。 因地表覆盖厚度变化各异，覆盖层土质也各不相同，因此选用的入渗系数也不相同。 据地勘报告按粘质粉土，项目区地下为卵石层，下卧细中砂透水层，渗透性较好，为维持项目区景观水面，本项目景观水系设计底高程至正常蓄水位之间采取减渗措施，减渗材料采用膨润土防水毯，其渗透系数为5×10-11m/s ；正常蓄水位至最大蓄水位之间不设减渗，按地勘报告粘质粉土渗透系数0.3m/d 计算。 根据《节水灌溉工程实用手册》渗量计算采用下式计算： )m 1h 2(0116.0S 21++=γb K

其中：S—渠道每公里长渗透流量，m3/（s.km）； k—渗透系数，m/d； b、h—渠道底宽和水深，m； m—渠道边坡系数； —考虑渠坡侧向毛管渗吸的修正系数，其值为1.1~1.4，毛细管作用 1 强烈时取大值。 各分区渗漏损失计算成果详见下表。 表3 渗透量计算成果表

水电站的水击及调节保证计算

第四章水电站的水击及调节保证 计算 本章重点内容：水电站有压引水系统非恒定流现象和调节保证计算的任务、单管水击简化计算、复杂管路的水击解析计算及适用条件、机组转速变化的计算方法和改善调节保证的措施。 第一节概述 一、水电站的不稳定工况 由于负荷的变化而引起导水叶开度、水轮机流量、水电站水头、机组转速的变化，称为水电站的不稳定工况。其主要表现为： (1) 引起机组转速的较大变化 丢弃负荷：剩余能量→机组转动部分动能→机组转速升高 增加负荷：与丢弃负荷相反。 (2) 在有压引水管道中发生“水击”现象 管道末端关闭→管道末端流量急剧变化→管道中流速和压力随之变化→“水击”。 导时关闭时，在压力管道和蜗壳中将引起压力上升，尾水管中则造成压力下降。 导叶开启时则相反，将在压力管道和蜗壳内引起压力下降，而在尾水管中则引起压力上升。 (3) 在无压引水系统(渠道、压力前池)中产生水位波动现象。 二、调节保证计算的任务 (一) 水击的危害 (1) 压强升高过大→水管强度不够而破裂； (2) 尾水管中负压过大→尾水管汽蚀，水轮机运行时产生振动； (3) 压强波动→机组运行稳定性和供电质量下降。 (二) 调节保证计算 水击和机组转速变化的计算，一般称为调节保证计算。 1．调节保证计算的任务： (1) 计算有压引水系统的最大和最小内水压力。最大内水压力作为设计或校核压力管道、蜗壳和水轮机强度的依据；最小内水压力作为压力

管道线路布置，防止压力管道中产生负压和校核尾水管内真空度的依据； (2) 计算丢弃负荷和增加负荷时转速变化率，并检验其是否在允许的范围内。 (3) 选择调速器合理的调节时间和调节规律，保证压力和转速变化不超过规定的允许值。 (4) 研究减小水击压强及机组转速变化的措施。 2．调节保证计算的目的 正确合理地解决导叶启闭时间、水击压力和机组转速上升值三者之间的关系，最后选择适当的导叶启闭时间和方式，使水击压力和转速上升值均在经济合理的允许范围内。 第二节水击现象及其传播速度 1、一、水击现象 1．定义 在水电站运行过程中，为了适应负荷变化或由于事故原因，而突然启闭水轮机导叶时，由于水流具有较大的惯性，进入水轮机的流量迅速改变，流速的突然变化使压力水管、蜗壳及尾水管中的压力随之变化，这种变化是交替升降的一种波动，如同锤击作用于管壁，有时还伴随轰轰的响声和振动，这种现象称为水击。 2．水击特性 (1) 水击压力实际上是由于水流速度变化而产生的惯性力。当突然启闭阀门时，由于启闭时间短、流量变化快，因而水击压力往往较大，而且整个变化过程是较快的。 (2) 由于管壁具有弹性和水体的压缩性，水击压力将以弹性波的形式沿管道传播。 注：水击波在管中传播一个来回的时间t r=2L／a，称之为“相”，两个相为一个周期2t r=T (3) 水击波同其它弹性波一样，在波的传播过程中，在外部条件发生变化处(即边界处)均要发生波的反射。其反射特性(指反射波的数值及方向)决定于边界处的物理特性。 二、水击波的传播速度

管道的水击现象及其防护

管道的水击现象及其防护 摘要：水击是指压力瞬变过程，是管路中不稳定流所引起的一种特殊重要现象。本文介绍了水击现象的定义、理论、形式和形成原因。概述了水击现象的危害并论述了管道水击的防护措施。 关键词：管道水击现象危害防护措施 1 水击现象 在日常生活中,我们碰到的水流不稳定现象很多。当我们快速关闭水龙头或关闭闸阀和水轮机导水叶时,在关闭过程中,随着阀门开度的减少,管道中的流速也逐渐减小,由于水流的动量快速变化,在闸阀的上游部分将产生压力升高;而在下游部分(如在尾水管中)产生压力降低。当开启阀门或水轮机导水叶时,管道中的流速逐渐增大,在导叶上游部分产生压力降低,而在其下游部分(如在尾水管中)产生压力升高。特别是在水电站或水泵站的有压引水系统中,通常用导叶或阀门调节流量,以达到适应水电站出力变化或水泵站供水量变化的生产要求。这种调节往往是快速的,因此必然引起有压引水管道中的流速发生急剧变化,伴随着将产生管道中液体内部压强迅速交替升降的水力现象。这种交替升降的压强作用在管道、阀门或其他管道元器件上好像锤击一样,故称这种有压非恒定流为水击现象,简称水击。交替升降的压强称为水击压强[1]。 1.1水击现象的定义 水击是指压力瞬变过程，是管路中不稳定流所引起的一种特殊重要现象。当由于某种原因引起管路中流速突然变化时，例如开关阀门过快、突然断电停泵，都会引起管内压力突然变化，造成水击。当急剧变化的压力波波前通过管路时，产生一种声音，犹如用锤子敲击管路时发出的噪音，故水击亦称水锤[2]。 1.2水击理论 1.2.1弹性水击理论 考虑液体的压缩性和管材的弹性,在管道各个截面上液体的流速是位置与时间的函数,V=f(x,t)。弹性水击理论适用于长距离和液体流速较大的管道,实践证明,这个理论与实际情况相符。 1.2.2刚性水击理论 忽略液体的压缩性与管材的弹性,把管道内的液体视为一条整体的“刚性水柱”,在管道各个截面上的液体流速只是时间的函数,而与位置无关,V一f(t)。刚性水击理论仅适用于液体流速变化相当缓慢或长度很短的管道,当管道直径相同时,液体在管道任何截面与时间的流速都相同[3]。 1.3水击现象的形式 在有压管道系统中,常见的水击现象一般分为: 直接水击:当阀门的关闭时间小于或等于一个相长时,也就是水击波从阀门处向水箱方向传播再以常压恢复波形式返回到阀门之前,阀门就已关闭,这种水

需水系数法计算作物需水量及灌溉定额计算方法

需水系数法计算作物需水量及灌溉制度 1、以水面蒸发为参数的需水系数法（简称“α值法”或蒸发皿法） 大量的灌溉试验资料表明，气象因素是影响作物需水量的主要因素，而当地的水面蒸发又是各种气象因素综合影响的结果。因腾发量与水面蒸发都是水汽扩散，因此可以用水面蒸发这一参数估算作物需水量，其计算公式为： 0E ET α= （式2-1） 或 b E ET +=0α （式2-2） 式中： ET ——某时段内的作物需水量，以水层深度计，mm ； 0E ——与ET 同时段的水面蒸发量，以水层深度计，mm ；0E 一般采用80cm 口径蒸发皿的蒸发值，若用20cm 口径蒸发皿，则20808.0E E =； α——各时段的需水系数，即同时期需水量与水面蒸发量之比值，一般由试验确定，水稻α=0.9~1.3，旱作物α=0.3~0.7； b ——经验常数。 由于“α值法”只需要水面蒸发量资料，所以该法在我国水稻地区曾被广泛采用。在水稻地区，气象条件对ET 及0E 的影响相同，故应用“α值法”较为接近实际，也较为稳定。对于水稻及土壤水分充足的旱作物，用此式计算，其误差一般小于20%~30%；对土壤含水率较低的旱作物和实施湿润灌溉的水稻，因其腾发量还与土壤水分有密切关系，所以此法不太适宜。 根据资料提供的20cm 口径逐日蒸发量，可求得80cm 口径逐日蒸发量，并求出生育期内蒸发量的总和，即：

利用需水系数值α根据（式2-1）可求得生育期的作物需水量总和，根据地区生育期各生育阶段的需水量分配比，可得各生育阶段的作物需水量。根据生育阶段天数的不同，将各生育阶段的作物需水量平均到每天，即逐日耗水量，则求得各生育阶段的逐日耗水量。 2、水量平衡方程 ET M K P W W W T t -+++=-00， 式中：W t 、W 0 ：时段初和任一时间t 时的土壤计划湿润层内的储水量。 W T ：由于计划湿润层增加而增加的水量。 P 0 ：降雨入渗量，即有效降雨量。本灌区的降雨入渗量可根据降雨量与次降雨有效利用系数求得。即以连续降雨日期中降雨最大的日期为降雨日期，降雨量为该阶段的降雨量之和P ，用该降雨阶段雨量之和乘以次降雨有效利用系数σ，即P 0 = σP ，σ选取原则如下：次降雨量P （mm ）< 5, σ=0 , P=5~50 , σ= 1.0, P=50~100 , σ= 0.9, P=100~150 ,σ= 0.75 , P>150，σ=0.70。 K ：时段t 内的地下水补给量，用所占玉米生育期需水量的百分数表示，这里忽略不计。 M ：时段t 内的灌溉水量。 ET ：时段t 内的作物田间需水量，已由第一步计算求得。 3、灌溉定额即允许储水深度上、下限的计算 式中：m —灌水定额，m 3/亩； H —时段内土壤计划湿润层的深度，m ； γ—计划湿润层内土壤的干容重，t/m 3； —时段内允许的土壤最大含水率和最小含水率，

水击现象

原因： 1）送汽前未进行暖管和疏水； 2）送汽时主汽阀开得过快、过大； 3）锅炉负荷增加过急或发生满水，汽水共腾等事故，蒸汽大量带水 处理方法： 1）开启管道上的疏水阀，进行疏水； 2）锅炉水位不要过高，维持正常水位； 3）加强水处理工作，保证给水和锅水质量，避免发生汽水共腾 以下几种情况蒸汽管道水击现象比较普遍： （1）蒸汽管道由冷态备用状态投入运行，因进汽阀门开启过快或过大致使管道暖管不足；或是管道疏水未开启及疏水管堵塞时，管道比较容易发生水击。 （2）汽轮机或锅炉负荷增加速度过快，或是锅炉汽包发生满水、汽水共腾等事故，使蒸汽带水进入管道。 （3）运行的蒸汽管道停运后相应疏水没有及时开启或开度不足，在相关联的进汽阀门未关闭严密情况下，漏入停运管道内的蒸汽逐渐冷却为水并积聚在管道中，在一定时间后，管道将发生水击。 蒸汽管道发生上列水击现象时，主要的征象一是管道系统发生振动，管道本体、支（吊）架及管道穿墙处均有振动，水击越强烈振动也越强烈；二是管道内发出刺耳的声响，但不同情况下的水击时发出的声响各有特点，如投运时暖管或疏水不足的管道多阶段性地发出“咚咚”的声响；而蒸汽带水进入管道则多发出类似空袭警报声的连续啸叫声；停运后的蒸汽管道如前述发生水击时多阶段性的发出如金属敲击般的尖锐声响。第三种征象是蒸汽带水进入管道时，在管道的法兰结合处易发生冒汽现象，水击严重时，法兰垫被冲坏致使大量漏汽。 蒸汽管道水击的防范与处理 发生过多次水冲击的管道，常出现支吊架松脱焊口泄漏等故障，因此，在热力管道设计规程中明确规定，对于不经常流通的管道死端，以及管段的低位点，均应考虑设置疏水阀、疏水管。虽然从管道的设计安装时就充分考虑防范发生管道水击的可能，但实际运行中，因种种原因仍比较容易遇到前述的各种水击现象，所以在实际遇到时应采取相应的处理处理方法及防范措施： （1）在管道投运时发生水击，可关小或关闭进汽阀以控制适当的暖管速度，并及时开启蒸汽管道疏水阀，若疏水管堵塞，手摸裸露处不烫手，则反复敲打，必要时更换。

水击现象演示

水击现象演示 1 2 自循环水击综合实验仪如下图所示： 1、恒压供水箱； 2、水击扬水机出水管； 3、气压表； 4、扬水机截止阀； 5、压力室； 6、调压筒； 7、水泵； 8、水泵吸水管； 9、供水管；10、调压筒截止阀； 11、水击发生阀；12、逆止阀；13、水击室；14、集水箱；15、底座。 水泵7能把集水箱14中的水送入恒压供水箱1中，水箱1设有溢流板和回水管，能使 水箱中的 水位保持恒定。工作水流自水箱1经供水管9和水击室13，再通过水击发生阀11的阀孔流出，回到集水箱14。

实验时，先全关阀10和4，触发起动阀11。当水流通过阀11时，水的冲击力使阀11向上运动 而瞬时关闭截止水流，因而在供水管9的末端首先产生最大的水击升压，并使水击室13同时达到这一水击压强。水击升压以水击波的形式迅速沿着压力管道向上游传播，到达进口以 后，由进口反射回来一个减压波，使管9末端和水击室13内发生负的水击压强。 通过阀11和12的操作过程观察到水击波的来回传播变化现象，即阀11关闭，产生水击升压，使逆止阀12克服压力室5的压力而瞬时开启，水也随即注入压力室内，并可看到 气压表3随着 产生压力搏动。然后，在进口传来的负水击作用下，水击室13的压强低于压力室5，使逆止阀12关闭，同时水击阀11在负水击和阀体自重的共同作用下，向下运动而自动开启。这一动作既观察到水击波的传播变化现象，又能使本实验仪保持往复的自动工作状态，即阀 11 开启，水自阀孔流出，又回到这一动作的初始状态，这样周而复始，阀11不断地启闭，水击现象也就不断地重复发生。 通过逆止阀12、压力室5和气压表3组成水击压强的定量观察装置，随水击的每次升 降压，通 过逆止阀12都向压力室5注入一定的水流，而压力室5是密闭的，这样就可从与压力室5相连的气压表3上测量压力室5空腔中的压强，如是逆止阀12不开启时的压强就是产生的

水击与调压室计算与演示

水击与调压室计算与演示 1、调压室简介 为了减小水锤压力，常在有压引水隧洞（或水管）与压力管道衔接处建造调压室，如图1所示。调压室利用扩大的断面和自由水面反射水锤波，将有压引水系统分成两段：上游段为有压引水隧洞，调压室使隧洞基本避免了水锤压力的影响；下游段为压力管道，由于长度缩短可，从而降低了压力管道中的水锤值，改善了机组的运行条件。 图1 水电站调压室 调压室的功用有以下几点： （1）、反射水锤波。基本上避免（或减小）压力管带中的水锤波进入有压引水道。 （2）、缩短压力管道的长度。从而减小压力管道及厂房过流部分中的水锤压力。 （3）、改善机组在负荷变化时的运行条件及系统供电质量。 调压室的工作原理是：增大的水面反射水锤波，引水道中水体动能和势能相互转换。 2、水击与调压室计算程序演示 2.1 甩负荷工况 当水电站丢弃全部负荷时，水轮机的流量由Q0变为零，压力管道中发生水锤现象。 此时，上游调压室水位先上升，下游调压室水位先下降。引（尾）水道中水流在惯性作用下继续流动，从而引起调压室水位上升（下降），当水位达到极值后，由于调压室和水库的水位差作用，水流开始倒流。如此往复流动，实现动能

和势能的转换，并在阻力消耗下衰减。 用程序演示：起始开度设置为0.8，终了开度为0。 计算过程如下（原始数据见图2，计算结果见图3。） 图2 甩负荷工况参数输入 图3 甩负荷工况计算结果和过程线

2.2 增负荷工况 当水电站增加负荷时，水轮机引用流量加大，压力管道中也出现水锤现象。此时，上游调压室水位先下降，下游调压室水位先上升。机组首先开始增大引用流量，水流流出（入）上游（下游）调压室，调压室水位变化，当调压室和水库的水位差达到极值后，水位差的作用使水流开始倒流。如此往复流动，实现动能和势能的转换，并在阻力作用下快速衰减。 用程序演示：设置起始开度为0.9，终了开度为0。 计算过程如下（原始数据见图4，计算结果见图5。） 图4 增负荷工况参数输入

管道的水击现象及其防护

精心整理 管道的水击现象及其防护 摘要：水击是指压力瞬变过程，是管路中不稳定流所引起的一种特殊重要现象。本文介绍了水击现象的定义、理论、形式和形成原因。概述了水击现象的危害并论述了管道水击的防护措施。 关键词：管道水击现象危害防护措施 1水击现象 在日常生活中,我们碰到的水流不稳定现象很多。当我们快速关闭水龙头或关闭闸阀和水轮机导水叶时,在关闭过程中,随着阀门开度的减少,管道中的流速也逐渐减小,由于水流的动量快速变化,如在尾水管中),1.1造成水击。故1.21.2.1考间的函数,符。 1.2.2 1.3水击现象的形式 在有压管道系统中,常见的水击现象一般分为: 直接水击:当阀门的关闭时间小于或等于一个相长时,也就是水击波从阀门处向水箱方向传播再以常压恢复波形式返回到阀门之前,阀门就已关闭,这种水击称直接水击。 间接水击:当阀门的关闭时间大于一个相长时,也就是水击波从阀门处向水箱方向传播再以常压恢复波形式返回到阀门之前,阀门尚未完全关闭,这种水击称为间接水击。 正水击:当管道阀门迅速关闭时,管道中流速快速减小,压强会显著增大,这种水击称为正水击。 负水击:当管道阀门迅速开启时,管道中流速快速增大,压强会显著减小,这种水击称为负水击 [4]。

1.4水击现象的形成原因 管道发生水击现象,既有外因也有内因。外因是管道发生水击的条件,内因是管道发生水击的根据,外因通过内因而起作用。 1.4.1水击现象的内因 由于水和管道都不是刚体,而是弹性体,因此在很的水击压强的作用下产生两种形变,即水的压缩及管壁的膨胀。而管道中水流速度又不是同时变化,形成一种弹性波(又称水击波)进行传递。从上述的分析不难看出,引起管道水流速度突然变化是水击发生的条件,水流具有惯性和压缩性是发生水击的内在原因[4]。 1.4.2 (,流体2 阀2.1 2.2 哈尔滨市某工厂4台SHL10-113-A型蒸汽锅炉在并联运行期间突然发生水击,巨大的冲击力将连接4台锅的蒸汽主管道(管径273mm)一端的平封头冲掉。调查表明3号锅炉有严重满水现象,致使水从主汽阀溢出流至连接4台锅炉的主蒸汽管道,与另3台锅炉输出的蒸汽相遇发生水击。 实践证明:供热系统因水击而产生的增压波和减压波交替作用所造成的危害是十分严重的。管道系统剧烈振动会使保温层脱落,或产生噪音以及从补给水箱或高位膨胀管中大量冒水。特别是高温热水、蒸汽为热媒的供热系统在停泵时所产生的水击现象比低温水、蒸汽系统更具有破坏性。因此,对热水、蒸汽供热系统水击问题应予以足够的重视。 2.3日本核电厂水击问题 2004年11月7日,日本静冈县中部电力(公司)滨冈核电厂发生管线破裂事故,在一号发电机组紧急反应堆冷却系统中的“L”形管线内发现一些积水,这些积水和水蒸气相遇时急速膨胀并产生强烈冲击波,从而造成“水击现象”使管线破裂。当场造成4人死亡,7人受伤。

土壤需水量计算

葡萄土壤需水量及其推算 理论需水量：主要根据各器官的总生长量与蒸腾系数推算，其公式为： 年理论需水量=各器官中净增鲜重×干物重%×蒸腾系数 但理论需水量往往受地表泾流、地面蒸发和年内每个月份降雨不均的影响，最好通过测量计算才较准确。 灌水量=灌水面积×灌水深度×土壤容重×(田间要求持水量-灌前土壤湿度) 因而，灌前要测定土壤原有湿度(%)，灌水深度按1m计算，田间最大持水量和不同土壤类型容重可按以下数据查对： (1)黏土 土壤容重：1.3g/立方厘米;田间最大持水量：25%-30%。 (2)黏壤土 土壤容重：1.3g/立方厘米;田间最大持水量：23%-27%。 (3)壤土 土壤容重：1.4g/立方厘米;田间最大持水量：23%-25%。 (4)沙壤土 土壤容重：1.4g/立方厘米;田间最大持水量：20%-22%。 (5)沙土 土壤容重：1.5g/立方厘米;田间最大持水量：7%-14%。 举例： 计算100亩葡萄园一次灌水用量。要求灌水深度为1m，测得灌前土壤湿度为15%，土质为壤土。查得壤土的土壤容重为1.4g/立方厘米，其最大持水量为25%，则需水量为： (100亩×666.7平方米/亩)×1/2×1m×1.4t/立方米×(0.25-0.15)=4666.9t。 注：1/2指葡萄园实际灌水面积比例，地埂和路及架下部分未灌溉面积约占1/2。 因此，一年若灌水5次，需水量为5×4666.9t=23334.5t。此为理论计算值，在实际生产中，需根据天气(降雨情况)、土壤湿度和树体生长状况加以调整。在需水临界期，久旱不雨、

干热风多，土壤明显缺水，宜灌足灌透，用水量较大;反之，则少灌，保持土壤水分平稳即可。 饱和持水量 科技名词定义 中文名称：饱和持水量 英文名称：saturation moisture capacity 定义1：土壤孔隙全部被液态水充满时的土壤含水量。所属学科：大气科学(一级学科) ；应用气象学(二级学科) 定义2：土壤孔隙全部被液态水充满时的土壤含水量。所属学科：资源科技(一级学科) ；气候资源学(二级学科) 饱和持水量 又称“全蓄水量”、“最大持水量”。土壤全部孔隙充满水时所保持的水量，即土壤所能容纳的最大持（含）水量。此时的水分称为“土壤饱和水”。它的多少，与土壤质地、结构、垒结性有关。饱和水对植物是有效的，但在最大含水量时，土壤空气不足，一般对旱作不利。 做盆载时,怎么浇水到最大田间持水量的70%? 称取一定量的土壤,采用从土壤下方加水的方式加水至饱和状态,(不破坏土壤结构),在土壤上覆盖一层塑料薄膜,在控制蒸发的条件下平衡12小时?后测定土壤含水量,为田间持水量.乘70%再减去所用风干土壤含水量,为需要加水的量。 最大持水量方法步骤： 1.用取环刀采取自然状态土样2-3个，两端切齐，将一端垫上滤纸，并直立放在盛水的大烧瓶中，使杯中水面几乎与环刀筒面一样高度（但不能淹没环岛筒面），放置4-12小时，直至土壤表面现水为止。 2.从贝内取出环刀，擦干称重，再放入盛水的烧杯内2-4小时，在取出称重，直至恒重。 3.将环刀内的土样全部取出，仔细混合，然后从中取出一部分平均土样，用烘干法测定出含水量，即为最大持水量。

水击现象

水击现象 水击是有压管道中的非恒定流现象。当有压管道中的伐门突然开启、关闭或水泵因故突然停止工作，使水流流速急剧变化，引起管内压强发生大幅度交替升降。这种变化以一定的速度向上游或下游传播，并且在边界上发生反射，这种水流现象叫作水击，交替升降的压强称为水击压强。 产生水击现象的原因是由于液体存在惯性和可压缩性。水击现象的实质上是由于管道内水体流速的改变，导致水体的动量发生急剧改变而引起作用力变化的结果。 水锤是在突然停电或者在阀门关闭太快时,由于压力水流的惯性,产生水流冲击波,就象锤子敲打一样,所以叫水锤。水流冲击波来回产生的力，有时会很大，从而破坏阀门和水泵。水锤效应”是指在水管内部，管内壁光滑，水流动自如。当打开的阀门突然关闭，水流对阀门及管壁，主要是阀门会产生一个压力。由于管壁光滑，后续水流在惯性的作用下，迅速达到最大，并产生破坏作用，这就是水利学当中的“水锤效应”，也就是正水锤。在水利管道建设中都要考虑这一因素。相反，关闭的阀门在突然打开后，也会产生水锤，叫负水锤，也有一定的破坏力，但没有前者大。 电动水泵合电压起动时，在不到1s的时间内，即可从静止状态加速到额定转速，管道内的流量则从零增加到额定流量。由于流体具有动量和一定程度的可压缩性，所以，流量的急剧变化将在管道内引起压强过压或过低的冲击，以及出现“空化”现象。压力的冲击将使管壁受力而产生噪声，犹如锤子敲击管子一般，称为“水锤效应”。 水锤效应具有很强的破坏作用，可导致管子的破裂或疮陷、损坏阀门和紧固件。 当切断电源而停机时，泵水系统的势能将克服电动机的惯性而命名系统急剧地停止，这也同样会引起压力的冲击和水锤效应。 为了消除水锤效应的严重后果，在管路中需要受到一系列缓冲措施和设备。 水锤是在突然停电或者在阀门关闭太快时,由于压力水流的惯性,产生水流冲击波,就 象锤子敲打一样,所以叫水锤。水流冲击波来回产生的力，有时会很大，从而破坏阀门和水泵。水锤效应”是指在水管内部，管内壁光滑，水流动自如。当打开的阀门突然关闭，水流

生态需水计算方法综述

Journal of Water Resources Research 水资源研究, 2017, 6(3), 215-220 Published Online June 2017 in Hans. https://www.wendangku.net/doc/6d6442407.html,/journal/jwrr https://https://www.wendangku.net/doc/6d6442407.html,/10.12677/jwrr.2017.63025 文章引用: 毛熹, 张杰豪, 罗婷, 梁心蓝, 周俊宇, 任文杰. 生态需水计算方法综述[J]. 水资源研究, 2017, 6(3): 215-220. Overview of Calculation Method for Ecological Water Requirement Xi Mao, Jiehao Zhang, Ting Luo, Xinlan Liang, Junyu Zhou, Wenjie Ren College of Water Conservancy and Hydropower Engineering, Sichuan Agricultural University, Ya’an Sichuan Received: Apr. 25th , 2017; accepted: May 13th , 2017; published: May 16th , 2017 Abstract Power generated by hydropower stations changes the spatial and temporal distributions of flow. The hydrological regime of river reaches at the downstream of the dam is changed by the operation of power stations, which will bring tremendous negative impact on the aquatic ecology. The research on the me-thod of determining the ecological water requirement of river is the hot spot and difficulty in the re-search of water conservancy and environmental engineering. After a detailed survey and summary of relevant literatures, this paper gives a detailed description of the current situation of ecological water requirement in China and abroad, and puts forward the prospects for future research. Keywords Ecological Water Requirement, Water Resource, Ecological Restoration, Calculation Method 生态需水计算方法综述 毛 熹，张杰豪，罗 婷，梁心蓝，周俊宇，任文杰 四川农业大学水利水电学院，四川 雅安 收稿日期：2017年4月25日；录用日期：2017年5月13日；发布日期：2017年5月16日 摘 要 水力发电改变了流量的时空分布规律。电站的运行将使坝下河段水文情势发生变化，给水生生境带来较大的负面影响。关于河流生态需水量确定方法的研究，是水利工程、环境工程等学科的研究热点和难点。经过对相关文献进行的翔实调查与总结，本文对生态需水研究的国内外现状进行了较为详细的阐述，并提出了对未来研究的展望。 作者简介：毛熹，1987年生，广西富川人，博士，讲师，主要研究方向为水力学及河流动力学。

河湖生态环境需水计算规范(征求意见稿)

中华人民共和国水利行业指导性技术文件 SL XXX 河湖生态环境需水计算规范 （征求意见稿） Regulation for River and Lake Eco-Environmental Water Demand Computation 201X-XX-XX 发布201X-XX-XX 实施 中华人民共和国水利部

前言 根据水利部水利水电技术标准制订计划安排，按照《水利技术标准编写规定》（SL 1）要求，编制《河湖生态环境需水计算规范》。 本规范共9章15节93条和2个附录，主要包括以下内容： ——资料收集与调查分析； ——河流生态环境需水量计算； ——湖泊、沼泽生态环境需水量计算； ——河流水系生态环境需水量计算； ——河道外生态环境需水量计算； ——流域生态环境需水综合分析。 本标准批准部门：中华人民共和国水利部 本标准主持机构：水利部水资源司 本标准解释单位：水利部水资源司 本标准主编单位：水利部水利水电规划设计总院 本标准主要起草人： 本标准审查会议技术负责人： 本标准体例格式审查人：

目次 1.总则 (1) 2.术语 (3) 3.基本规定 (4) 4.资料收集与调查分析 (7) 5.河流生态环境需水量计算 (9) 5.1基本要求 (9) 5.2生态环境状况与保护目标分析 (9) 5.3河流控制断面生态环境需水量计算 (10) 5.4河口生态环境需水量计算 (13) 6.湖泊、沼泽生态环境需水量计算 (15) 6.1基本要求 (15) 6.2生态环境状况与保护目标分析 (15) 6.3湖泊生态环境需水量计算 (16) 6.4沼泽生态环境需水量计算 (19) 7.河流水系生态环境需水量计算 (20) 8.河道外生态环境需水量计算 (23) 9.流域生态环境需水综合分析 (25) 附录A 生态环境需水计算体系表 (27) 附录B 生态环境需水量计算方法 (29) 条文说明 (42)

水击现象演示参考资料

实验四水击现象演示 一、演示目的 1 2 二、演示设备 自循环水击综合实验仪如下图所示： 1、恒压供水箱； 2、水击扬水机出水管； 3、气压表； 4、扬水机截止阀； 5、压力室； 6、调压筒； 7、水泵； 8、水泵吸水管； 9、供水管；10、调压筒截止阀； 11、水击发生阀；12、逆止阀；13、水击室；14、集水箱；15、底座。 三、演示工作原理 水泵7能把集水箱14中的水送入恒压供水箱1中，水箱1设有溢流板和回水管，能使水箱中的 水位保持恒定。工作水流自水箱1经供水管9和水击室13，再通过水击发生阀11的阀孔流出，回到集水箱14。 实验时，先全关阀10和4，触发起动阀11。当水流通过阀11时，水的冲击力使阀11向上运动 而瞬时关闭截止水流，因而在供水管9的末端首先产生最大的水击升压，并使水击室13同时达到这一水击压强。水击升压以水击波的形式迅速沿着压力管道向上游传播，到达进口以后，由进口反射回来一个减压波，使管9末端和水击室13内发生负的水击压强。 通过阀11和12的操作过程观察到水击波的来回传播变化现象，即阀11关闭，产生水击升压，使逆止阀12克服压力室5的压力而瞬时开启，水也随即注入压力室内，并可看到气压表3随着 产生压力搏动。然后，在进口传来的负水击作用下，水击室13的压强低于压力室5，使逆止阀12关闭，同时水击阀11在负水击和阀体自重的共同作用下，向下运动而自动开启。这一动作既观察到水击波的传播变化现象，又能使本实验仪保持往复的自动工作状态，即阀11 开启，水自阀孔流出，又回到这一动作的初始状态，这样周而复始，阀11不断地启闭，水击现象也就不断地重复发生。 通过逆止阀12、压力室5和气压表3组成水击压强的定量观察装置，随水击的每次升降压，通 过逆止阀12都向压力室5注入一定的水流，而压力室5是密闭的，这样就可从与压力室5相连的气压表3上测量压力室5空腔中的压强，如是逆止阀12不开启时的压强就是产生的最大水击 压强值。 水击的利用是由图中1、9、11、12、13、5、4、2等组成的水击扬水机来演示的。当打开阀4 时，由于压力室5内的空腔气压大于大气压，在水击升降压作用下，通过逆止阀12向压力室 注水后形成的压力室空腔气压的作用，水流经水击扬水机出水管2流出，这样就可利用水击实现提水。本扬水机扬水高度为37 cm，超过恒压供水箱的液面达1.5倍的作用水头。

作物需水量的计算方法与分析

作物需水量的计算方法与分析 彭曼法计算作物需水量 《灌溉与排水工程设计规范(GB50288-99)》附录中对彭曼法作了介绍，《规范》推荐的是Penman-FAO方法，近年来Penman,Monteith方法得到重视，建议在计算时同时采用这两种方法，并作一比较。 (1)计算参照作物需水量 Penman-FAO方法计算参考作物需水量的基本公式如下: (1) 式中，——标准大气压，,1013.25hPa; ——计算地点平均气压，hPa; ——平均气温时饱和水汽压与温度相关曲线的斜率，hPa/?; ——湿度计常数，,0.66hPa/?; ——太阳净辐射，以所能蒸发的水层深度计，mm/d; ——干燥力，mm/d。 可根据计算地点高程及气温从气象图表中查得，或按公式(2)直接计算数值: (2) 式中，——计算地点海拔高程，m;

——阶段平均气温，?。 可按公式(3)或(4)，即气象学中的马格奴斯公式计算，即: (3) 或 (4) 式中,饱和水汽压，hPa。可按下式计算: (5) 或 (6) 可按公式(7)计算: (7) 式中，——大气顶层的太阳辐射，可由《喷灌工程设计手册》查得，mm/d; 、——计算净辐射的经验系数，可由《喷灌工程设计手册》查得; ——实际日照时数; ——最大可能日照时数，可由《喷灌工程设计手册》查得;; ——黑体辐射，mm/d;

-94——斯蒂芬,博茨曼常数，可取2.01×10mm/??d; ——绝对温度，可取273，; ——实际水汽压，可从当地气象站取得，或取饱和水汽压与相对湿度的乘积，hPa。 可按公式(8)计算: (8) 式中，——地面以上2m处的风速(m/s)，其它高度的风速应换算为2m高处风速; ——风速修正系数。 如果利用气象站的地面以上10m处的风速资料时，需乘以 0.2(2/10)，换算为2m高的风速。在日最低气温平均值大于5?且日最高气温与日最低气温之差的平均值大于12?时， ;其余条件下，。 (2)计算作物实际需水量 作物实际需水量可由参考作物潜在腾发量和作物系数计算 (9) 式中:——作物潜在腾发量，mm / d ; ——参照腾发量，mm/d; ——作物系数。 其中: