对于明钢管 E,6 K=K,=1 2 (8-2) 式中E。—钢管材料弹模： 6—管壁厚度，若设有加幼环，近似取6=G+Fl,6。为管壁实际厚 度，F为加劲环的截面积，1为加劲环的间距： 其它附号意义同前。 (二)钢筋混凝土管 K=K。=E6.1+9.54)r2 (8-3) 式中E。—混凝土的弹性模量： 6。—混凝土管管壁厚度，mm: 4,—管壁环向含筋率，410.015~0.05； 一钢筋混凝土管径，m。 (三)埋藏式钢管 埋藏式钢管又称钢板衬砌隧洞，断面构造如图8-3所示，其抗力系数K 为 K=K+K++ (8-4) 图8一3埋藏式钢管 式中K,一钢衬的抗力系数，按式(8-2)计算，r=片，E,代以E人 -2) 6
方—回填混凝土的内半径： K一回填混凝土的抗力系数，若混凝土己开裂，忽略径向压缩，近 似令K,=0,若未开裂，K按式(8-5)计算： E。 K.“a-万h2 (9-5) E。、4一混凝土的弹性模量和泊松比： 5一—隧洞开挖直径，m: K,一环向钢筋抗力系数，按(8-6)式计算： K,20-4 (8-6) f每厘米长管道中钢筋的截面积，m r—钢筋圈半径，m: K,一围岩单位抗力系数，按(9-6)式计算，： K,=100K。 (8-7) K。一一岩石单位抗力系数，坚硬完整新鲜岩石为 9800-19600N/cm3,中等坚硬完整新鲜岩为4900-9800 N/cm3松软新鲜岩石为19604900N/cm；节理裂隙发育的 风化岩为490-4900N/cm3。 其他符号意义同前。 (四)固岩石中的不衬砌隧洞 抗力系数K值按式(8-7)计算。 值得指出，由于一些原始数据（如围岩的弹性抗力系数K。等）难以准 7
确确定，除匀质薄壁钢管外，对管道特性（直径、壁厚）不一致的组合管道， 水击波速只能上述公式近似计算，这对大多数电站工程来说是能满足要求的。 对于高水头电站，水击波波速对最大水击压强升高影响较大，应尽可能选择 符合实际情况而又略偏小的水击波波速值以策安全；对于中、低水头电站， 水击波速计算可较粗略。缺乏资料的情况下，明钢管的水击波速可近似地取 为1000m/s,埋藏式钢管的水击波速可近似地取为1200m/s,钢筋混凝土管可 近似取为900~1200m/s。 三、直接水击与间接水击 若压力管道阀门（或导水叶）开度的调节T≤2L,则在水库反射波到达 水管末端的阀门之前，阀门开度变化己经结束。这样，阀门处的最大水击压 强就不会受水库反射波的影响，其大小只是阀门瞬时启闭(T、0)直接引起 的水击波。这种水击称为直接水击，其数值很大，在水电站工程中应绝对避 免。 若T>2L 则当阀门尚未完全关闭时，从水库反射回来的第一个降压 顺行波已达到阀门处，从而使阀门处的水击压强在尚未达到最大值时就受到 降压顺行波的影响而减小。阀门处的这种水击称为间接水击，其值小于直接 水击，是水电站经常发生的水击现象。 四、研究水击的目的 研究水击的目的有以下几方面： (1)计算水电站引水系统水击压强的最大升高值，以确定压力管道、蜗 壳和水轮机强度设计的最大内水压强，作为强度设计或校核的依据： (2)计算水电站引水系统水击压强的最大降低值，以确定其最小内水压 强，作为布置压力管道路线（防止压力水管发生真空）及校核尾水管内真空 度的依据： (3)研究水击与机组稳定运行的关系。水击压强的最大升高值与最大降 低值是机组调节保证的依据： (4)研究降低水击压强的措施。 第二节水击最大值的计算 一、水击的连锁方程 (一)水击的基本方程 水流在压管道中流动应满足运动方程及连续方程。当压力管道的材料
厚度及直径均沿管长度不变，且忽略水流摩阻损失时，可得管道的水击基本 方程为： △H=H-H。=(t-+Ft+ (8-8) a" (8-9) 式中H。一初始水头，m: '。一压力管道中水流的初始流速，ms: 1-一以速度a沿X轴正方向，向上游传播的水击波波函数， d 称逆行波： Ft+)一以速度a沿X轴反方向，向下游传播的水击波波函数， 陈顺行皮。 式(8-8)及式(8-10)表明，压力管道中任一时刻任一断面的水击压强和 流速变化情况取决于波函数中和F,表明了水击运动的基本规律。波函数中和 F的量纲与水头H量纲相同，故可视为压力波，但确定这两个函数必须利用 已知的初始条件与边界条件。 为求得每一个顺行波与逆行波的水击压强解，将水击基本方程的两式分 别加减处理后得： 2-月=H-H。-gV-) (8-10) 2Fu+)=H-H。+0(W-Vo) (8-11) 9 (二)水击特征方程 如图8-4所示，观察压力管道中A、 B两点，B点在A点上游，设向上游为 x正方向。令：某逆行水击波在t时刻 传到A点时该处的压强水头为H,流 L=a△t& 9 丽84正力安建中的水尚计夏生场
速为y，该水击波在t2时刻传到B点时该处压强水头H,流速。将此情 况代入式(8-10)，整理后得： -g--9 (8-12) 同理，对于顺行波可得： HB-H=-V) (8-13) (三)水击的连锁方程 式(8-12)和式(8-13)给出了水击波在一段时间内通过两个断面时压强和流 速的变化情况，称为水击的特征方程。为便于计算，常用水头与流速的相对 值表示为无量纲的形式： 逆行波5，-5=2p(v-v) (8-14) 顺行波 58-54=2p(v,-v14) (8-15) 式中5一水击压强的相对升高值，5=△_H-H H。H。 p—管道特性系数，P=2gi。 a' v一压力管道中的相对流速，v= 。 利用式(8-14)和式(8-15)可求出压力管道在(、12、1、…1n等任意 时刻的水击压强相对升高值，进而可求得水击发生过程的全部解。但必须逐 次连锁求解，故又称为水击连锁方程。该方程的适用条件是管道的材料、管 壁厚度及管径沿管长不变。 二、水击计算的边界条件 1、初始条件 初始条件是阀门（或导水叶）尚未发生变化的情况，此时管道内水流为 恒定流，其平均流速为。，电站静水头为H。。 2、边界条件