水輪機自動調(diào)節(jié)課程設計

1、水輪機調(diào)節(jié)課程實習及設計 第一章 水輪發(fā)電機組選型1第二章 調(diào)節(jié)保證計算2一、電站基本資料2二、確定計算標準2三、確定計算工況3四、計算和確定有關(guān)參數(shù)3第三章 調(diào)節(jié)設備選型17一、調(diào)速器計算17二、調(diào)速器選擇18三、油壓裝置的選擇19 參考文獻22目 錄第一章 水輪發(fā)電機的選擇因為水輪機的同步轉(zhuǎn)速是88.2r/min,所以根據(jù)水輪機原理與運行書中P268中表14-2可知發(fā)電機的磁極對數(shù)p=34 飛逸轉(zhuǎn)速：（1）、 確定主要尺寸極距（cm）和飛逸速度Vf的確定由水電站機電設計手冊-水力機械P159得： 上式中: K1為系數(shù)810，取10。飛逸線速度：； 定子內(nèi)徑的確定 定子長度lt(cm)的計算

2、 上式中：C-發(fā)電機利用系數(shù)，由水電站機電設計手冊-水力機械P160表3-5取 定子鐵芯外徑 當時,當因故 取整數(shù) 故：發(fā)電機的型號為SF16534/1620第二章 調(diào)節(jié)保證計算一、電站基本資料 E水電站以發(fā)電為主，兼顧灌溉、旅游和養(yǎng)殖。電站建成后并入系統(tǒng)運行，擔任系統(tǒng)基荷，有調(diào)峰或調(diào)頻任務，無近區(qū)負荷。以工業(yè)用電為主，且多為一、二級負荷。水能開發(fā)方式為有壓引水方式，采用左岸地下式廠房方式?？傃b機容量：660MW水庫特征水位設計洪水位：877.0m 校核洪水位：885.5m 正常蓄水位：877.0m 死水位：865.0m 設計流量：380.9m³/s電站水能規(guī)劃參數(shù) Hmax=60

3、m Hr=50 m Hav=51 m Hmin=38 m 水庫調(diào)節(jié)性能：季調(diào)節(jié)水庫 水輪機型號：HL260-LJ-650，設計水頭Hr=50m，設計流量Q=380.9m3/s，額定出力168367.35kw，額定轉(zhuǎn)速：88.2r/min水輪發(fā)電機型號SF16534/1620二、確定計算標準在調(diào)整保證計算中，根據(jù)水輪機調(diào)速器與油壓裝置技術(shù)條件GBT9652.1-1997，壓力升高和轉(zhuǎn)速升高都不能超過允許值。此允許值就是進行調(diào)整保證計算的標準。甩負荷過程機組速率上升為式中：為甩負荷前機組的轉(zhuǎn)速，；是甩負荷過程中產(chǎn)生的最大轉(zhuǎn)速，。水輪機調(diào)速器與油壓裝置技術(shù)條件GBT9652.1-1997中規(guī)定機組甩

4、負荷時最大速率上升在一般情況下不大于55%，大于此值要論證。甩負荷過程中最大壓力上升為式中：為甩負荷過程中產(chǎn)生的最大壓力，m；為甩負荷前水電站靜水頭，m。規(guī)范中規(guī)定甩全負荷時，有壓過水系統(tǒng)允許的最大壓力上升率一般不應超過表1的數(shù)值。表1 最大壓力升高限值表電站設計水頭（m）<4040100>100蝸殼允許最大壓力上升率70%50%50%30%<30%尾水管真空值不超過89m水柱。增負荷時。過水壓力系統(tǒng)任何一段不允許發(fā)生真空。在沒有特殊要求下，調(diào)節(jié)保證計算只對兩個工況進行，即計算設計水頭和最高水頭甩全負荷時的壓力上升和速率上升，并去其大者，一般在前者發(fā)生最大速率升高，在后者發(fā)生

5、最大水壓升高。三、確定計算工況額定水頭，額定出力工況，此時甩負荷一般出現(xiàn)最大轉(zhuǎn)速上升。最大水頭，額定出力工況，此時甩負荷一般出現(xiàn)最大水壓上升。對兩種工況進行調(diào)節(jié)保證計算，當壓力上升值和轉(zhuǎn)速上升值均不超過規(guī)定范圍時取其大者。四、計算和確定有關(guān)參數(shù)1、各工況下的和（1）尾水管的和根據(jù)水電站機電設計手冊（水力機械）分冊表2-17查得混凝土推薦的尾水管尺寸表及混凝土標準肘管尺寸表，并通過該表計算得出尾水管的基本尺寸如表2、表3中所示：表2 混凝土推薦的尾水管尺寸表2.64.52.721.351.350.6751.821.2216.929.2517.688.788.784.3911.837.93表3 混

6、凝土標準肘管尺寸表1.01.02.0150.360.861.0950.60.180.588.788.7817.693.167.559.615.271.585.09進口直錐段采用，則 計算尾水管的當量長度椎管高度，軸管中心線長度，擴散管長度。尾水管當量管的長度 計算尾水管的當量過流面積 參數(shù) 參數(shù) 由，且，得，則參數(shù) 尾水管的當量過流面積 計算尾水管的平均流速 由得 因此，（2）蝸殼的和 計算蝸殼當量管的長度 由于該電站采用金屬蝸殼，根據(jù)小型水電站機電設計手冊（水力機械）分冊P64表1-10立軸混流式水輪機的基本數(shù)據(jù)表，近似完全蝸殼，取蝸殼包角。根據(jù)水頭查水輪機原理與運行P106圖6-8金屬蝸殼

7、進口流速系數(shù)與水頭的關(guān)系曲線取得:，則進口斷面平均流速 進口斷面半徑 據(jù)水電站機電設計手冊（水力機械）分冊P128表2-16的金屬蝸殼尺寸系列，知，蝶形邊半徑 進口斷面中心到水輪機軸的距離 固定導葉外切圓半徑 蝸殼系數(shù) 蝸殼中心線的長度 蝸殼當量管的長度 計算蝸殼當量管的面積參數(shù) 參數(shù) 參數(shù) 參數(shù) 參數(shù) 蝸殼當量管的面積計算蝸殼的平均流速由得因此，2、壓力水管長度L=120m 對于單獨的壓力輸水管道，經(jīng)濟管徑公式： D=（fQ3)1/(a+m)式中：f經(jīng)濟因素，與電費、管道造價、投資償還期、管道水頭損失計算公式等多項因素有關(guān)的系數(shù)；Q管道輸水流量；a管道造價公式中的指數(shù)；m管道水頭損失計算公式

8、中的指數(shù)。 為簡化計算，取f=1，a=1.8，m=5.3，則 經(jīng)濟管徑公式可簡化為： D=Q0.42 管徑D=Q0.42=3650.4212（m） ； 面積：A=6×6×3.14=113.10（） 管道流速V=Q/A=380.9÷113.103.37（m/s）因此，3、水流慣性時間常數(shù)從進口水流斷面至水輪機中心，四臺機組的一樣大，故只計算機來計算分叉管的表4 計算成果表長度面積流量流速壓力水管120113.10380.93.23404.14蝸殼22.8294.85380.94.0291.64尾水管36.89134.23380.92.84104.67LV=404.1

9、4+91.64+104.67=600.45(/s)4、組慣性時間常數(shù) 估算 按水輪機調(diào)節(jié)P263的公式估算，取，有 計算5、水擊波速 計算管壁厚度按水輪機機電設備設計手冊 （水力機械）分冊P208對薄壁鋼管厚度的要求，薄壁鋼管的計算厚度等于管壁的真實厚度，通常在的范圍內(nèi)，取，有 計算水擊波速，根據(jù)水輪機機電設備設計手冊（水力機械）分冊P207中5-1式，取，得； 取 5、初選導葉直線關(guān)閉時間（1）按蝸殼允許的最大暫態(tài)壓力值計算發(fā)生末相水擊的最小關(guān)閉時間 計算按蝸殼允許的最大暫態(tài)壓力值 因為 根據(jù)水輪機機電設備設計手冊（水力機械）分冊P207中表格，取，則= 計算最小關(guān)閉時間（2）按允許的機組最

10、大轉(zhuǎn)速上升值計算發(fā)生末相水擊時的最大關(guān)閉時間 計算允許的機組最大轉(zhuǎn)速上升值，取=0.55 計算最大關(guān)閉時間根據(jù)、的計算結(jié)果，可初選、6、判斷水擊類型 計算壓力輸水管的平均流速LV=404.14+91.64+104.67=600.45(/s) 壓力上升值計算確定壓力水管特性系數(shù)確定水管特性系數(shù) 確定水擊相長由于采用的導葉直線關(guān)閉時間均大于，發(fā)生間接水擊。對于甩全負荷，則，故最大水擊出現(xiàn)在末相，所以們判斷該水擊類型為間接水擊。7、進行水擊計算（1）初選，則 水管特性系數(shù) 引水管道內(nèi)壓力升高率 引水管道內(nèi)壓力升高率的修正值 蝸殼內(nèi)壓力上升率 蝸殼內(nèi)壓力上升值 尾水管內(nèi)的壓力降低率 尾水管內(nèi)的壓力降低

11、值 出現(xiàn)壓力降低時尾水管的真空值 （2）初選，則管道特性系數(shù) 引水管道內(nèi)壓力升高率 引水管道內(nèi)壓力升高率的修正值 蝸殼內(nèi)壓力上升率 蝸殼內(nèi)壓力上升值 尾水管內(nèi)的壓力降低率 尾水管內(nèi)的壓力降低值 出現(xiàn)壓力降低時尾水管的真空值 （3）初選，則管道特性系數(shù) 引水管道內(nèi)壓力升高率 引水管道內(nèi)壓力升高率的修正值 蝸殼內(nèi)壓力上升率 蝸殼內(nèi)壓力上升值 尾水管內(nèi)的壓力降低率 尾水管內(nèi)的壓力降低值 出現(xiàn)壓力降低時尾水管的真空值 （4）初選，則 水管特性系數(shù) 引水管道內(nèi)壓力升高率 引水管道內(nèi)壓力升高率的修正值 蝸殼內(nèi)壓力上升率 蝸殼內(nèi)壓力上升值 尾水管內(nèi)的壓力降低率 尾水管內(nèi)的壓力降低值 出現(xiàn)壓力降低時尾水管的真

12、空值 列出計算結(jié)果如下： 表5 壓力上升（或下降）值計算成果表蝸殼內(nèi)壓力上升尾水管壓力下降50.24400.27550.33060.2729 13.64850.05762.88153.870160.20330.22500.27000.223011.14700.04712.35313.341770.17430.19020.22820.1884 9.42050.03981.98882.977480.15250.16460.19750.1631 8.15320.03441.72122.70988、計算最大轉(zhuǎn)速上升率接力器不動時間 機組慣性時間常數(shù) 參數(shù) （1）初選，則由，解得（2）初選，則由，解得由

13、此可以得知初步選定為，以后的7s、8s可以不去計算。列出計算結(jié)果如下： 表6 轉(zhuǎn)速上升值計算成果表C51.24408.220.36610.75690.28670.315361.20338.220.40990.73550.31400.3453由此可以得知初步選定為，9、 按最大水頭計算蝸殼內(nèi)的最大10、 壓力上升值 計算最大水頭下的流量 計算平均流速長度面積流量流速壓力水管120113.10280.332.48297.6蝸殼22.8294.85280.332.9667.55尾水管36.89134.23280.332.0177.03LV=297.6+67.55+77.03=442.18(/s) 水

14、流慣性時間常數(shù) 確定在最大水頭下相應的直線關(guān)閉時間 確定管道特性參數(shù) 由，解得 壓力上升計算 由，查水輪機調(diào)節(jié)P258圖6-7水擊類型判別圖知最大水擊壓力發(fā)生在末相。 由于，故此關(guān)閉規(guī)律符合相關(guān)規(guī)范標準的要求。最大水頭下導葉直線最短關(guān)閉時間為，此時，是符合要求的，所以我們說在額定出力情況下我們可以選擇，此時。 第三章 調(diào)節(jié)設備選型一、調(diào)速器的計算中小型反擊式水輪機調(diào)節(jié)功接力器容量的的估算見水輪機自動調(diào)節(jié)P239頁式（7.51）：式中A表示接力器容量，（N.m)；Q表示最大水頭下額定出力時的流量，；D表示轉(zhuǎn)輪直徑。根據(jù)水輪機調(diào)速器及油壓裝置系列型譜標準JB T 7072-2004，有表7的分類，

15、知此調(diào)速器屬中型調(diào)速器，則接力器調(diào)速柜和油壓裝置是組合在一起的。表7 調(diào)速器分類表小型調(diào)速器中型調(diào)速器大型調(diào)速器接力器調(diào)速功(W)范圍(調(diào)速功單位：)很顯然，該調(diào)速器屬于大型調(diào)速器。同時我們可以根據(jù)水輪機自動調(diào)節(jié)書中P239（7.53）式中所求可得接力器的直徑：在油壓裝置的額定油壓為2.5MP時 根據(jù)水輪機自動調(diào)節(jié)P240表7.5選取導葉接力器的直徑為=800mm 若油壓裝置的額定油壓為4.0MPa時，則接力器的直徑 在表7.4中我們可取接力器的最大行程可按經(jīng)驗公式求取其中表示導葉最大開度，mm。由于D=6.5m5.0m,所以取=82.44（mm)雙直缸接力器的總?cè)莘e(7.56) 二、調(diào)速器的

16、選擇大型調(diào)速器的分類是以主配壓閥門尺寸為依據(jù)的，以配壓閥直徑與油管的直徑相同，但有些調(diào)速器的主配壓閥直徑較油管直徑大一個等級。初步選擇主配壓閥直徑時可按水輪機自動調(diào)節(jié)P240中式（7.60） 式中的V為導水機構(gòu)或折向器接力器的總?cè)莘e，； v為管路中油的流速，m/s，當油壓裝置的額定工作油壓為2.5MPa時，一般取，我??； 為接力器直線關(guān)閉時間（由調(diào)節(jié)保證計算決定）。= 由水輪機自動調(diào)節(jié)中P238中表7.3可知選：所以我們選擇的調(diào)速器的型號是DT1002.5xxA對于PID調(diào)速器，由橫田浩推導公式得調(diào)速器參數(shù)為：根據(jù)水輪機調(diào)速器與油壓裝置技術(shù)條件GBT9652.1-2007-T，微機調(diào)速器（并聯(lián)

17、PID）的調(diào)節(jié)參數(shù)和調(diào)整范圍為：比例增益:0.5-20倍；積分增益：0-10(1/s)；微分增益：0-5.0(s)。由于機組承擔基荷任務，且較小，故采用PI調(diào)節(jié)規(guī)律的調(diào)速器，由水電站機電設計手冊-水力機械P-286，6-11公式得調(diào)速器參數(shù)為：由此可選取調(diào)速器外形型號為DT-100的調(diào)速器。根據(jù)調(diào)速器參數(shù)和調(diào)節(jié)功調(diào)范圍由水電站機電設計手冊-水力機械P-267選擇DT-100型調(diào)速器?；緟?shù)：永態(tài)轉(zhuǎn)差系數(shù)bp(%) ：010 暫態(tài)轉(zhuǎn)差系數(shù)bt(%) :060緩沖時間常數(shù)范圍Td(s):215 頻率整定范圍（Hz）:調(diào)速器或飛擺靈敏度：46mA/%主配壓行程S（mm）:25 回復軸最大轉(zhuǎn)角:導葉

18、回復行程（mm）:200 工作油壓:25電源：直流48V（220V）,永磁機交流110V凸輪最大轉(zhuǎn)角：凸輪最大軸向位移（mm）:110槳葉回復行程（mm）:160機械柜尺寸（mm):700×800×1300基礎板尺寸(mm): 1200×1500電氣柜尺寸(mm):440×800×2360三、油壓裝置的選擇 油壓裝置分為分離式和組合式，本電站選擇分離式，即壓力油箱與會油箱分開。額定壓力為4.0MPa，壓力槽容積分為兩大部分：空氣所占的部分，約為2/3，其余為油。1、油壓裝置的選擇本電站油壓裝置額定油壓選取40公斤/厘米²2、壓力油罐容積的計算 可按下式：見水電站機電設計手冊-水力機械P289中 （6-14）式 其中：壓力油罐總?cè)莘e（m³）； 調(diào)整過程中所需的容積（m³）； 事故停機過程所需油的體積（m³）； 它們可用下面式子求出：油泵輸油量的計算 對混流式有: 其中：導水機構(gòu)接力器總?cè)莘e（m³）； Z接力器往返行程次數(shù)； 關(guān)閉過程時間（s）； 一臺油泵輸油量（m³/