论文总字数：34759字

摘 要

在电厂里面，经常能看到各种纵横交叉的管道，其作用就是来输送不同的流体介质。在一些特定的情况下，这些管道会发生不同激烈程度的振动，从而导致相连设备的损坏，造成重大的经济损失。实际的生产情况表明,引发管道振动的主要原因是由间隙性加压造成的流体压力脉动所引起的,也就是通常大家所说的“水锤”现象。

水锤是流体的一种非常流动，即管道中的水介质中，所有空间点处的一切运动参数（流速、加速度、动水压强、密度、应力等）不仅随空间位置变化，而且随时间变化。水锤现象的延续时间虽然短暂，但是它的瞬时压力跃升很大，仍会造成严重的事故。由此可见，按照各种管道系统的工作条件和特点，正确的进行水锤的计算，全面地实事求是且有预见性地进行水锤分析，从而采取安全可靠，管理方便，经济实用的水锤综合防护措施，在具体的技术条件下进行水锤分析并判断其危害程度，以及采用何种预防措施并预测其技术经济效果，是非常有必要的。

本文介绍了与水锤有关的基础知识，主要包括水锤现象和水锤波传播速度；同时推导了各类水锤方程，包括水锤基本方程、水锤波动方程、水锤共轭方程、水锤特征线方程、有限差分方程、刚性水锤方程以及弹性水锤方程。并以这些水锤方程为基础，引入了相应的边界条件，着重介绍了水锤图解法和电算方法。最后运用水锤相关知识对工程实例进行计算研究，以此为例提出电厂中防护水锤的工程措施。

关键词：水锤现象 电厂管道 水锤方程 图解法 电算方法

Abstract

In the power plant, we can see a variety of pipelines which are used for transporting different fluid. In some special cases, these pipes will vibrate in different degrees, causing the damage of the connected equipments and economic losses. The actual production situation shows that the pressure fluctuation caused by the gap pressure can give rise to the vibration of the pipe, which is a phenomenon named water hammer.

Water hammer is an abnormal flowing of the fluid, which means that all point of the motion parameters (velocity, acceleration, dynamic water pressure, density, stress, etc.) not only change with spatial location, but also change with time. The duration of the water hammer is short, but its instantaneous pressure jumped a lot, which will cause serious accident. Thus, according to the working conditions and characteristics of all kinds of piping system, calculating water hammer correctly, seeking truth from water hammer analysis comprehensively, and taking the reliable, convenient, economic and practical water hammer protection measures is very necessary.

This paper describes the basic knowledge of the water hammer, which includes the phenomenon and the velocity of transmission. At the same time, the main kinds of water hammer equation are introduced in this paper, including the basic equation of water hammer, water hammer wave equation, adjoint equation, characteristic line equations, finite difference equations, rigid water hammer equation and elastic water hammer equation. Based on these water hammer equations, the boundary conditions and the method of calculation are emphatically introduced. At last, the engineering examples of water hammer were calculated and studied and we can put forward the engineering measures of protecting water hammer from power plant.

Key words: Water hammer phenomenon Power plant pipeline

Water hammer equation Graphic method

Calculation method

目 录

摘要 I

Abstract II

1. 绪论 1
   1. 水锤现象及其危害 1
   2. 电厂水锤现象 1
   3. 水锤的计算 2
2. 水锤基础知识 3

2.1水锤定义和水锤基础理论 3

2.1.1 水锤定义 3

2.1.2 刚性水锤理论 3

2.1.3 弹性水锤理论 4

2.2水锤波传播规律（基于弹性水锤理论） 4

2.2.1 水锤波动性 4

2.2.2 瞬时关闭管道末端阀时水锤波的传播过程 5

2.2.3 瞬时全部关闭管道末端阀时阀门处的压力变化 7

2.2.4 非瞬时关闭末端阀时管路沿程的压力变化 8

2.2.5 水锤波的传播速度 11

2.3水锤基础方程 12

2.3.1 水锤基本方程 12

2.3.2 水锤波动方程 14

2.3.3 水锤共轭方程 16

2.3.4 水锤特征线方程及有限差分方程 17

1. 水锤计算方法 21

3.1 水锤图解法 21

3.1.1 水锤波的传播和反射图示 21

3.1.2 边界条件 22

3.2 水锤电算法（特征线法） 26

3.2.1 特征线法的计算过程 27

3.2.2 简单管道边界点的计算 28

1. 工程实例分析 31

4.1 火电厂冷却水系统的水锤计算 31

4.1.1电厂冷却水系统产生水锤现象的几个主要原因 32

4.1.2冷却水系统水锤计算的特征线法 33

4.2 600MW单元机组事故停泵过渡过程分析 35

4.2.1南京热电厂冷却水系统的基本资料 35

4.2.2不同事故工况下过渡过程分析 40

4.2.3转动惯量对停泵过渡过程的影响 49

1. 论文总结 55

致谢 57

参考文献 58

第一章 绪 论

1.1 水锤现象及其危害

压力管道在一些特定情况下，会发生不同激烈程度的震动，导致相连设备的损坏，实际生产情况表明，间歇性压力升高会造成流体压力脉动，从而引发管道震动，本质上这是一种因流速剧烈变化引起动量转换，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^[1]。

水锤现象持续时间很短，但它能对工程造成十分严重的危害。在工程上，最常见的水锤现象有关阀水锤、停泵水锤、水泵启动水锤等等，其中事故停泵因其会产生水柱分离以及断流弥合水锤，所以危害最大^[2]。但这些只是大致的分类，在实际生产中，有许多由于水锤造成灾害的例子，其中以泵站的水锤事故最为普遍：早在20世纪90年代，在我国高差起伏大、地形复杂的西北、西南地区，就有200次以上有记录的水锤事故，这些记录中，若泵站水锤事故较轻，那么结果可能是管道止回阀被破坏造成大量漏水，管道破裂，引起供水的暂时中断；水锤严重时，可能会造成泵站整个系统被摧毁、泵船沉没等严重事故。甚至于还发生过水锤事故破坏铁路路基、造成人身伤亡等次生灾害，危害极大。

1.2 电厂水锤现象

我国在上世纪八十年代就开始关注电厂水锤现象，当时研究的对象主要是火电厂，近些年来，不仅是火电，水电、核电也开始关注水锤现象，其兴趣有增无减。水电站中有很多由于水锤现象造成损失的例子，例如水电站水轮机在甩负荷时，必须关闭其导叶限制转速上升，这时管道内压力就会上升；如果在关闭导叶时操作不规范，那么就很有可能会产生严重水锤，在国外就曾有过由于水锤现象而造成整个水电站被冲毁的先例^[3]。

在核电站中，水锤现象也会发生，例如采用了管壳式换热器且取消升压泵的核电厂常规岛辅助冷却水系统，其换热器在系统的最高点，正常运行过程时管壳式换热器后面的水室为负压运行，如果循环水泵停运，就有可能由于负压气化，从而产生停泵水锤现象，因此也必须采取相应措施来防止水锤^[4]。

在本文中，主要研究对象为火电厂中的水锤现象。火电厂冷却水系统主要分为直流式和再循环式，两者均存在水锤问题。主要的水锤产生原因有事故停泵、凝汽器顶部汽化空腔等等。直流循环水系统中，除了要考虑全部运行泵断电停泵事故工况，还要考虑在特殊工况下防止水锤危害，进行安全过渡和继续运行的问题。以上问题中，因水柱分离而引起的断流水锤现象非常严重，经常会造成弥合水锤（流体撞击压力急剧上升），产生极大破坏力，因此需要按照各种工程的特点与条件，对水锤现象进行计算分析，从而采取有效地水锤防护措施。

1.3 水锤的计算

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