泵站水锤计算

水锤的计算水锤的计算电站有压引水系统中，由于管道阀门突然启闭或水轮机突然失去负荷等原因，将引起压力管道、水轮机蜗壳的等压强和流速等水力要素随时间急剧变化。

明渠或河道中，因暴雨径流、潮汐、溃坝、闸门启闭、水电站或水泵站的调节以及地震影响等，都会引起明渠或河道上下游水位、流量等水力要素随时间的变化，这些都属于非恒定流现象。

从物理本质上讲，上述有压管道或明渠的非恒定流都属于某种扰动引起水流中流速、压强、流量、水位等水力要素的变化，并沿管道或明渠的上下游发展的现象。

在物理学中把这样的扰动在介质中的传播现象称为波。

有压管道和明渠中的非恒定流就是这样一种波，波所到之处，破坏了原先的恒定流状态，使该处的水力要素随时间发生显著变化。

由于有压管道没有自由表面，非恒定流现象表现为压强和密度的变化和传播，因此需要考虑液体的可压缩性和管壁弹性变形的影响。

而明渠水流有自由表面，非恒定流现象表现为水位、流量的变化和传播，液体的密度可视为常数。

可见，这两种波传播特点是不一样的，有压管道非恒定流产生的波要以弹性波的形式传播，水流运动过程中起主要作用的力是惯性力和弹性力；而明渠非恒定流主要以重力波的形式传播，水流运动过程中起主要作用的力是惯性力和重力。

两者的共同点是流速和流量均随时间发生显著变化。

本章先研究有压管道非恒定流。

在有压管道系统中，由于某一管路元件（如阀门）工作状态的突然改变，导致液体的流速发生急剧变化，同时引起管内液体压强大幅度波动，这种压强波动在管道中交替升降来回传播的现象称为水击现象。

由于发生水击现象的同时，可能伴随着发生锤击管壁般的响声，故水击又称水锤。

水击可能导致管道系统强烈振动、出现噪声和气穴，甚至使管道严重变形或爆裂。

管道系统中阀门的突然开启或关闭、管道系统中水泵的突然停机、水电站在运行过程中由于电力负荷的突然改变而迅速启闭导水叶或闸阀等，都是工程实际中常见的水击现象。

另外在水电站引水系统中，为了削弱水击影响的强度和范围，常在引水系统中设置调压井。

水锤泵计算公式
水锤泵计算公式是根据水锤现象以及流体力学原理推导得出的。

水锤现象是指在流体中运动的突然停止或改变方向时，流体产生的压力冲击波导致系统内部产生振荡和压力变化的现象。

在水锤泵系统中，假设管道长度为L，对应的传递时间是t，水锤泵的流量Q，开关阀门的关闭时间为Tc，管道内径为d，管道内壁摩擦阻力系数为f，根据水锤泵系统的计算公式可以得出：
1.水锤泵系统的流速：
v = Q / (π * d^2 / 4)
2.水锤泵系统的传递时间：
t = L / v
3.水锤泵系统的惯性力：
F = (Q * v) / g
4.水锤泵系统的水锤压力：
P = F / (π * d / 2)^2
5.水锤泵系统的水锤冲击压力：
Pc = P * (1 + f)
6.水锤泵系统的关闭时间：
Tc = t + (2 * d * f) / v
这些公式可以帮助工程师和设计师计算水锤泵系统中各种参数的数值，以便合理设计和优化系统结构，避免水锤现象对系统造成的损坏和压力波动。

在实际应用中，可以根据具体情况适当拓展和修正这些公式，考虑更多因素的影响，如管道材料的弹性系数、阻流器的阻尼效果等。

对于水力系统中的水锤问题，还可以利用数值模拟方法，通过计算流体动力学软件模拟流体的运动和压力变化，进一步优化系统设计和运行参数，使得系统更加稳定和可靠。

水锤压力计算（一）
（1）根据小水电运行情况,水锤压力计算按以下两种工况计算：
a. 水库正常蓄水位 2180.0m 时，机组突然丢弃全部负荷。

b.小水电运行限制水位 2178.0m 时，机组由空转至满负荷运行。

（2）水锤计算基本公式：
a. 钢管中水锤波传播速度α值：
式中 1425—声波在水中的传播速度（m/s ）；
ε—水的弹性模量，ε=2.1×104（kg/cm 2）；
E —管壁的弹性模量，E 钢=2.1×106（kg/cm 2）；
D —压力管道的内径（mm ）；
δ—管壁厚度（mm ）。

b. 水锤波在水管中传播来回一次所需时间：
式中 L —压力钢管总长度（m ）；
α—水锤波传播速度（m/s ）。

c. 压力水管特性常数：
式中 ρ、σ—钢管特性常数；
H —水电站的静水头（m ）；
V —钢管中水流流速 （m/s ）；
Ts —导叶关闭时间 Ts=5s 。

(3) 经过计算判断得压力钢管内水锤为间接水锤，最大值为极限水锤，水锤压力沿程分布计算成果见表1.3.1。

压力钢管水锤压力计算成果表
gH V 2αρ=
gHTs
LV
=σδ
εαD
E +=11425
α
L
t r 2=
(4)水锤压力沿程分布曲线见附图1.1.1。

停泵水锤计算及其防护措施停泵水锤是水锤现象中的一种，是指水泵机组因突然断电或其他原因而造成的开阀状态下突然停车时，在水泵及管路系统中，因流速突然变化而引起的一系列急剧的压力交替升降的水力冲击现象。

一般情况下停泵水锤最为严重，其对泵房和管路的安全有极大的威胁，国内有几座水泵房曾发生停泵水锤而导致泵房淹没或管路破裂的重大事故。

停泵水锤值的大小与泵房中水泵和输水管路的具体情况有关。

在泵房和输水管路设计时应考虑可能发生的水锤情况，并采取相应的防范措施避免水锤的发生，或将水锤的影响控制在允许范围内。

我院在综合国内外关于水锤的最新科研成果并结合多年工程实践的经验，以特征线法为基础开发了水锤计算程序。

这一程序可较好地模拟各种工况条件下水泵及输水管路系统的水锤状况，为高扬程长距离输水工程提供设计依据。

1 停泵水锤的计算原理停泵水锤的计算有多种方法:图解法、数解法和电算法。

其基本原理是按照弹性水柱理论，建立水锤过程的运动方程和连续方程，这两个方程是双曲线族偏微分方程。

运动方程式为：连续方程式为：式中H ——管中某点的水头V——管内流速a——水锤波传播速度x——管路中某点坐标g——重力加速度t——时间f——管路摩阻系数D——管径通过简化求解得到水锤分析计算的最重要的基础方程：H-H0＝F(t-x/a)+F(t+x/a) (3)V-V0＝g/a×F(t-x/a)-g/a×F(t+x/a) (4)式中F(t-x/a)——直接波F(t+x/a)——反射波在波动学中，直接波和反射波的传播在坐标轴(H，V)中的表现形式为射线，即特征线。

它表示管路中某两点处在水锤过程中各自相应时刻的水头H与流速V之间的相互关系。

为了方便计算机的计算，将上述方程组变换为水头平衡方程和转速改变方程，即成事故停泵时水泵的两个边界条件方程式：F1＝PM-BQv+H n(β2+v2)(A0+A1x)-ΔH0v2/(τ2)＝0 (5)F2＝(β2+v2)(B0+B1x)+m0-C3(β0-β)＝0 (6)式中β——N/N n(实际转速/额定转速)v——Q/Q n(实际流量/额定流量)通过上述两式的联立，采用牛顿—莱福生迭代公式，可以解出v和β的近似数值。

停泵水锤的计算方法详解停泵水锤计算及其防护措施停泵水锤是水锤现象中的一种，是指水泵机组因突然断电或其他原因而造成的开阀状态下突然停车时，在水泵及管路系统中，因流速突然变化而引起的一系列急剧的压力交替升降的水力冲击现象。

一般情况下停泵水锤最为严重，其对泵房和管路的安全有极大的威胁，国内有几座水泵房曾发生停泵水锤而导致泵房淹没或管路破裂的重大事故。

停泵水锤值的大小与泵房中水泵和输水管路的具体情况有关。

在泵房和输水管路设计时应考虑可能发生的水锤情况，并采取相应的防范措施避免水锤的发生，或将水锤的影响控制在允许范围内。

我院在综合国内外关于水锤的最新科研成果并结合多年工程实践的经验，以特征线法为基础开发了水锤计算程序。

这一程序可较好地模拟各种工况条件下水泵及输水管路系统的水锤状况，为高扬程长距离输水工程提供设计依据。

1 停泵水锤的计算原理停泵水锤的计算有多种方法:图解法、数解法和电算法。

其基本原理是按照弹性水柱理论，建立水锤过程的运动方程和连续方程，这两个方程是双曲线族偏微分方程。

运动方程式为：连续方程式为：式中H ——管中某点的水头V——管内流速a——水锤波传播速度x——管路中某点坐标g——重力加速度t——时间f——管路摩阻系数D——管径通过简化求解得到水锤分析计算的最重要的基础方程：H-H0＝F(t-x/a)+F(t+x/a) (3)V-V0＝g/a×F(t-x/a)-g/a×F(t+x/a) (4)式中F(t-x/a)——直接波F(t+x/a)——反射波在波动学中，直接波和反射波的传播在坐标轴(H，V)中的表现形式为射线，即特征线。

它表示管路中某两点处在水锤过程中各自相应时刻的水头H与流速V之间的相互关系。

为了方便计算机的计算，将上述方程组变换为水头平衡方程和转速改变方程，即成事故停泵时水泵的两个边界条件方程式：F1＝PM-BQv+H n(β2+v2)(A0+A1x)-ΔH0v2/(τ2)＝0 (5)F2＝(β2+v2)(B0+B1x)+m0-C3(β0-β)＝0 (6)式中β——N/N n(实际转速/额定转速)v——Q/Q n(实际流量/额定流量)通过上述两式的联立，采用牛顿—莱福生迭代公式，可以解出v和β的近似数值。

北方某取水工程水锤计算及水锤防护建议摘要：本文采用机模拟北方某城市取水工程的停泵水锤工作情况。

并根据模拟结果，提出了泵房和输水管线设计中应注意的以及停泵水锤的防护措施。

关键词：水锤水锤防护1. 取水工程基本情况北方某市引黄工程取水泵房设计建设于黄河岸边，一期设计最大取水流量s（两大一小三台水泵并联运行）。

原水输水管道总长度为，分别为DN1600钢管（L=640m）和球墨铸铁管（L=），起点(吸水井最低水位与终点（稳压井堰上水位）的最大几何高差为。

整个输水管线纵坡从泵房至水厂呈较为均匀的上升，平均坡度为%，其中在0+640号和2+140号桩的纵坡有一定的变化；在平面走向方面，有三个转折点，其Gy1、Gy2和Gy3的转折角度分别为153°、118°和134°。

该取水泵房（一期）设计配备四台水泵，具体参数如下表所示：运行状况：夏季 2大（同1+异1）+1小（同1），最不利情况冬季 2小（同1+异1）+1大（同1）2. 主要技术参数根据水泵和电机制造厂提供的设备参数，主要设备的转动惯量如下：3. 水锤数学模型和根据GB/T-50265-97《泵站设计规范》第条规定：有可能发生水泵危害的泵站均应进行事故停泵水锤。

…在初步设计阶段和施工图阶段，宜采用特征线法或其它精度比较高的进行。

水锤的特征线法的基本原理就是按照弹性水拄，建立管道瞬变流（水锤）过程的运动方程和连续方程（这两个方程是双曲线族偏微分方程）。

经过简化求解，得到水锤最重要的基础方程。

这个方程组的基本意义是管路系统中任何一点的压力和速度与直接波和反射波的相互作用有关，而直接波和反射波的传递在坐标轴中的表现形式为射线，即特征线。

将上述基础方程经过转换成为便于机的的特殊方程就可以通过计算机模拟各种工况下的水锤情况。

4. 水锤模拟计算结果无阀管路水锤工况夏季运行（两大一小并联运行）从表示水锤压力和水泵工况的两份图表（图-1、图-2）可以得知：冬季运行（两小一大并联运行）普通止回阀管路水锤工况夏季运行（两大一小并联运行）从表示水锤压力和水泵工况的两份图表（图-5、图-6）可以得知：在此管路条件下一旦发生停泵水锤，水泵出口管道水锤压力值将达到200m，为额定扬程的倍，最高水锤值出现在第12s左右，水锤峰值时间间隔为11s。

停泵水锤的基本理论及计算方法一、停泵水锤的基本理论在压力管流中因流速剧烈变化引起水分子动量转换，从而在管路中产生一系列急骤的压力交替变化的水力撞击现象，称为水锤现象。

它是流体的一种非稳定流动，在液体运动中所有空间点处的一切运动要素不仅随空间位置而改变，而且随时间而改变。

水锤可从多个方面进行分类，根据不同的划分方法分为以下四种：(1)直接水锤和间接水锤；(2)起泵水锤、停泵水锤和关阀水锤；(3)刚性水锤和弹性水锤；(4)无水柱分离产生的水锤和水柱分离产生的水锤。

停泵水锤是指水泵机组因突然断电或其他原因而造成开阀突然停车时，在水泵及管路系统中，因流速突然变化而引起一系列急骤的压力夺替升降的水力冲击现象。

停泵水锤发生的主要特点是：突然停泵后，水泵由稳态进入水力过渡过程，主动力矩的消失使水泵机组失去了正常运转时的力矩平衡状态，在惯性的作用下继续保持正转，但转速降低。

广一水泵机组突然降低的转速导致压力降低和流量减少，所以压力降低先在泵站处产生。

此降压波由泵站及管路首端向管路末端的高位水池传播，并在高位水池处产生升压波，此升压波由高位水池向泵站及管路首端传播。

压力管路中的水，在停泵后的最初瞬间，主要依靠惯性作用，向高位水池以逐渐减慢的速度继续流动，在重力和阻力的作用下，使其流速降低至零，但这样的状态是不稳定的；管路系统中的水因重力水头的作用又开始向水泵站倒流，且速度逐渐增大，以后的技术特点，由水泵压出口处不同的边界条件来决定。

水柱分离产生的水锤现象，是指在管路系统中出现了大空腔，当大空腔溃灭，即两股水柱重新弥合时，大空腔内的水蒸气会迅速凝结，两股水柱互相猛烈碰撞，造成升压很高的断流弥合水锤现象。

关于水柱分离产生的原因，有两种论点，分别为：“拉断说”和“汽化说”。

“拉断说”认为：当水锤波在管路系统中传播时，水体质点呈现出周期性的疏密变化，水体质点群时而受压，时而受拉，由于水体的承拉能力非常差，当承受不住拉力时，连续水柱就会断裂，并彼此分离开，产生一些大空腔，破坏了水流的连续性，造成水柱分离。

北方某取水工程水锤计算及水锤防护建议摘要：本文采用计算机模拟北方某城市取水工程的停泵水锤工作情况。

并根据模拟结果，提出了泵房和输水管线设计中应注意的问题以及停泵水锤的防护措施。

关键词：水锤计算水锤防护1. 取水工程基本情况北方某市引黄工程取水泵房设计建设于黄河岸边，一期设计最大取水流量3.36m3/s（两大一小三台水泵并联运行）。

原水输水管道总长度为2731.07m，分别为DN1600钢管（L=640m）和球墨铸铁管（L=2091.07m），起点(吸水井最低水位500.0m)与终点（稳压井堰上水位587.3m）的最大几何高差为87.3m。

整个输水管线纵坡从泵房至水厂呈较为均匀的上升，平均坡度为2.76%，其中在0+640号和2+140号桩的纵坡有一定的变化；在平面走向方面，有三个转折点，其Gy1、Gy2和Gy3的转折角度分别为153°、118°和134°。

该取水泵房（一期）设计配备四台水泵，具体参数如下表所示：运行状况：夏季2大（同1+异1）+1小（同1），最不利情况冬季2小（同1+异1）+1大（同1）2. 主要技术参数根据水泵和电机制造厂提供的设备参数，主要设备的转动惯量如下：3. 水锤计算数学模型和方法根据GB/T-50265-97《泵站设计规范》第9.3条规定：有可能发生水泵危害的泵站均应进行事故停泵水锤计算。

…在初步设计阶段和施工图阶段，宜采用特征线法或其它精度比较高的计算方法进行计算。

水锤计算的特征线法的基本原理就是按照弹性水拄理论，建立管道瞬变流（水锤）过程的运动方程和连续方程（这两个方程是双曲线族偏微分方程）。

经过简化求解，得到水锤计算最重要的基础方程。

这个方程组的基本意义是管路系统中任何一点的压力和速度与直接波和反射波的相互作用有关，而直接波和反射波的传递在坐标轴中的表现形式为射线，即特征线。

将上述基础方程经过转换成为便于计算机计算的的特殊方程就可以通过计算机模拟各种工况下的水锤情况。

某取水工程水锤计算及水锤防护建议某取水工程是一个重要的水利设施，其正常运行对于当地生产生活具有重要的作用。

在工程运行的过程中，由于闸门的关闭等原因，会发生水锤现象，对工程设施造成损坏，给设施安全带来威胁，因此需要进行水锤计算及水锤防护措施。

一、水锤计算1.概述水锤是由于水体流动的惯性作用和管道弹性变化而产生的压力波。

水锤压力波是随着水流的流速而不断传播和阻尼消失的，因此在不同的管道中会有不同的水锤情况。

某工程中采用圆形钢管作为取水管道，在计算水锤时，需要考虑到管道的长度、直径、管材和接口的弹性模量、管道内水流的流量和流速等因素。

2.计算方法(1) 判断闸门关闭时间：根据工程特点和闸门运动时间，确定闸门的关闭时间。

(2) 计算水锤波速和水锤压力：根据取水管道的长度、直径、水流速度等参数，计算出水锤波速和水锤压力。

(3) 判断水锤波总时长：通过等效传播距离和水锤波速计算得到水锤波总时长。

(4) 最大水锤压力的计算：根据水锤波在管道内传播的规律，计算出水锤波的极值，得到最大水锤压力值。

(5) 水锤防护设施设计：根据最大水锤压力和工程水力条件，设计相应的水锤防护设施，如防护罩、防护阀门等。

二、水锤防护建议1.使用缓冲器缓冲器是一种常用的防护设施，采用防震材料制作，可以有效地减缓水锤冲击。

在不同管径的水利工程中可以使用不同规格的缓冲器，确保防护效果良好。

缓冲器的缺点是费用较高。

2.安装对虹吸管对虹吸管可以在管道中形成一个空气隔离部分，防止水锤冲击从一段管道扩展到整个管道系统。

它通常安装在短管道或负压点处，保护整个工程设施免受水锤冲击的危害。

对虹吸管的缺点是需要一定的维护和清理工作。

3.采用软接头软接头是一种管道连接器，它可以在管道中形成一种柔性连接，可以在水锤发生时自动地吸收压力。

软接头适用于制造成本较低、地理环境比较恶劣的地区。

缺点是软接头的使用寿命较短，需要更换较频繁。

4.设计缓冲池缓冲池是将水锤波在池中消退和降低水锤冲击力的一种设备，可用于缓解水锤波对管道设施的影响，特别是在锁闸和停电情况下。

浅析水锤分析计算和防护措施摘要：在水泵正常运行时，如果突然断电，在供水管道中将形成大于水泵正常工作压力数倍的水锤压力，造成水泵和供水管道破坏。

采用特征线法对取水泵站进行了水锤分析。

计算结果表明：水锤压力较大，影响水泵及管路的安全稳定运行。

本文主要对水锤产生的原因、危害及一些常见的防护措施进行了介绍。

关键词：水锤；水柱脱流；水锤防护一、水锤现象水锤现象在压力管路中，由于流体的流速剧烈变化而引起一系列急骤地压力交替升降的水力撞击现象，称为水锤（水击）现象，也称水力瞬变。

目前，国内外普遍将压力输水管路中所发生的各种水锤现象，通称为输水管路的水力过渡过程。

管路中发生水锤现象时，随着压力的交替升降，液体分子质点将相应地呈现密疏状态交替变化，这种变化以纵波形式沿管路往复传播，因此水锤现象是一种波动。

在有压管路中，由于流速的剧烈变化和水流的惯性而引起一系列急骤的压力变化和密度变化。

它们的综合作用结果，在物理现象上表现为快速传播的水锤波动。

水锤波动全过程包括压力波的产生、传播、反射、干涉以及消失的整个物理过程。

水锤的传播只限于连续的水流中，当管路中出现水柱分离时，水锤波的传播受到影响，将会引起更加复杂的物理过程。

引起水锤的主要原因有：1）启泵、停泵、启闭阀门或改变水泵转速、叶片角度调节流量时；尤其在迅速操作，水流速度发生急剧变化的情况下。

2）事故停泵，即运行中的水泵动力突然中断时，较多是由于配电系统故障、误操作、雷击等情况下的突然停泵。

图1-1 供水系统水锤过程线图二、水锤的危害长距离高扬程输水工程中，水锤事故的发生是较为普遍的现象，尤其是管线高差起伏较大、地形复杂的工程。

事故产生的实例也是多种多样的，例如，水电站内因关闭水轮机导叶时操作失误，而造成压力管内水压上升；泵站系统中，因断电或其他原因而使水泵突然停泵，压水管内的压力在下降之后又产生不同程度的压力上升，导致停泵水锤。

水锤事故都会造成不同程度的灾害，轻则造成水管破裂（即爆管），致使供水中断，影响正常的生产生活；重则造成淹毁泵站、泵船沉没等严重后果。

2水泵压水管管长…………………………………………L 压= 《取水输水建筑物丛书：泵站》 （邱传忻 编）δ--管壁厚度，mm。

1）计算平均流速4 计算管道常数2ρ水锤波传播速度计算表2 设计基本资料水泵总扬程……………………………………………… H n =329.00m 管道设计管径………………………………………………D= 管道设计流速………………………………………………V=计算停泵水锤的简易算法（福泽清治） （2）参考资料：《水泵及水泵站》 （王福军 编）1 设计依据及参考资料250mm 0.85m/s （1）设计依据：《泵站设计规范》（GB/T 50265-97） 管道设计流量………………………………………………Q=150.000m³/h 管道设计长度………………………………………………L=9150.000m D--水管的公称直径，mm；6mm3 计算水波传播速度a计算公式：10.0m 管壁厚度………………………………………………… δ= 管道采用的管材为铸铁管则填1；钢管则填2。

水泵压水管流速…………………………………………v 压= 1.64m/s式中 a--水锤波的传播速度，m/s； k--水的弹性模量，k=2.06×109Pa；E--管材弹性模量，Pa。

铸铁管k=9.8×1010Pa；钢管k=20.6×1010Pa； 计算公式：水泵压水管管径…………………………………………D 压=180mm δD E k a ∙+=11435水泵效率………………………………………………… ηn =74.0% 式中： K--水泵的惯性系数，s -1； N n --水泵转速，r/min；P n --水泵轴功率：P n =ρgQ n H n /（1000ηn ），kW； M n --水泵转矩：M n =974P n /N n ，kgf·m； ηn --水泵效率；GD²--机组转动部分的飞轮惯量，N•m²。