調(diào)節(jié)保證計(jì)算

1、第二章 調(diào)節(jié)保證計(jì)算第一節(jié) 調(diào)節(jié)保證計(jì)算的任務(wù)和標(biāo)準(zhǔn)一、調(diào)節(jié)保證計(jì)算的目的和意義在電站的運(yùn)行中，常會(huì)遇到各種事故，機(jī)組突然與系統(tǒng)解列，把負(fù)荷甩掉。在甩負(fù)荷時(shí)，導(dǎo)葉迅速關(guān)閉，水輪機(jī)的流量急劇變化，因此在水輪機(jī)的引水系統(tǒng)中產(chǎn)生水擊，特別是甩（增）全負(fù)荷時(shí)產(chǎn)生的最大壓力上升（最大壓力下降），對(duì)壓力管道系統(tǒng)的強(qiáng)度影響最大。工程實(shí)踐中曾發(fā)生過(guò)因甩負(fù)荷致使壓力上升太高，從而導(dǎo)致壓力鋼管爆破的災(zāi)難事故；同時(shí)因?yàn)闄C(jī)組負(fù)荷全部丟失，如果不及時(shí)地采取措施，可導(dǎo)致轉(zhuǎn)速上升過(guò)高，也會(huì)影響機(jī)組的強(qiáng)度、壽命，并引起機(jī)組的振動(dòng)。為了避免以上事故的發(fā)生，在設(shè)計(jì)階段應(yīng)該計(jì)算出上述過(guò)渡過(guò)程中最大轉(zhuǎn)速上升和最大壓力上升值，以保證電

2、站的安全可靠運(yùn)行。在電站初步選定壓力引水系統(tǒng)的布置、尺寸和機(jī)組型號(hào)后，通過(guò)調(diào)節(jié)保證計(jì)算，正確合理地選擇導(dǎo)葉關(guān)閉的時(shí)間，使最大壓力上升和最大轉(zhuǎn)速上升都在允許的范圍內(nèi)。二、調(diào)節(jié)保證計(jì)算的標(biāo)準(zhǔn) 機(jī)組在甩負(fù)荷過(guò)程中轉(zhuǎn)速上升率為。一般情況下，最大轉(zhuǎn)速上升率。對(duì)于大型電站，對(duì)于沖擊式機(jī)組。當(dāng)機(jī)組甩全負(fù)荷時(shí)，有壓過(guò)水系系統(tǒng)允許的最大壓力上升率見下表。尾水管的真空值不大于。機(jī)組甩負(fù)荷時(shí)有壓過(guò)水系統(tǒng)允許的最大壓力上升率見表6-1：表6-1 機(jī)組甩負(fù)荷時(shí)有壓過(guò)水系統(tǒng)允許的最大壓力上升率電站設(shè)計(jì)水頭蝸殼允許最大壓力上升率該電站設(shè)計(jì)水頭為76m，且在系統(tǒng)中承擔(dān)調(diào)峰調(diào)頻任務(wù)，故。三、本水電站基本參數(shù)電站形式：壩后式水頭

3、： 水輪機(jī)型號(hào)：HLD74LJ450水輪機(jī)額定出力：151300KW 機(jī)組額定轉(zhuǎn)速：166.7r/min 機(jī)組轉(zhuǎn)動(dòng)慣量：19383.58t· 吸出高度：HS=-3.15m 發(fā)電機(jī)型號(hào)：SF151.3-36/948.42 發(fā)電機(jī)容量：172914KVA 壓力波速:=1000ms引水鋼管長(zhǎng):186m機(jī)組臺(tái)數(shù)：4臺(tái)第二節(jié) 調(diào)節(jié)保證主要參數(shù)計(jì)算一、計(jì)算壓力引水管的機(jī)組段長(zhǎng)度的確定：確定機(jī)組段長(zhǎng)度，是確定兩臺(tái)機(jī)組間的安裝距離。立軸式反擊式機(jī)組的機(jī)組段長(zhǎng)度主要由蝸殼、尾水管、發(fā)電機(jī)等設(shè)備在x軸方向的尺寸確定。同時(shí)還應(yīng)考慮機(jī)組附屬設(shè)備及主要通道、吊物孔的布置及其所需尺寸。機(jī)組段長(zhǎng)度可按下式計(jì)算：

4、=+式中：機(jī)組段+x方向的最大長(zhǎng)度； 機(jī)組段-x方向的最大長(zhǎng)度。和可用參【2】645表14-2中的公式按蝸殼層、尾水管層和發(fā)電機(jī)層風(fēng)別計(jì)算，取其中的最大值，兩個(gè)最大值相加就可以得出。蝸殼層： =+=+=10+2=12m 為蝸殼進(jìn)口斷面半徑 =+=7.9+2=9.9m 為蝸殼進(jìn)口角180度時(shí)的進(jìn)口斷面半徑尾水管層： 對(duì)于對(duì)稱尾水管，=+=+=12.5/2+2=8.3m 。發(fā)電機(jī)層： =+=+=15.1/2+4/2+0.4=12m 。所以 =+=12+12=24m 。1、 計(jì)算和下額定出力時(shí)的流量引水鋼管總長(zhǎng)=186m 。（1）先假定采用聯(lián)合供水電站總的引用流量為 式中 為電站總自己裝機(jī)容量； 為

5、設(shè)計(jì)水頭；以設(shè)計(jì)水頭來(lái)校核引水管的直徑D 為設(shè)計(jì)水頭額定出力時(shí)所對(duì)應(yīng)的效率，可由HLD74450等效率曲線中查出。則Hr=103.6m時(shí), 引水管的直徑D計(jì)算公式如下： 經(jīng)濟(jì)流速Ve一般在35m/s，取經(jīng)濟(jì)流速Ve=4m/s。即=14.95m，顯然采用聯(lián)合供水時(shí)引水管的直徑太大了，目前最大的引水管的直徑也只有13.26m。應(yīng)采用單元供水（2）采用單元供水計(jì)算公式如下：式中 為水輪機(jī)額定出力 分別為設(shè)計(jì)水頭和最大水頭 分別為設(shè)計(jì)水頭和最大水頭額定出力時(shí)所對(duì)應(yīng)的效率，可由HLD74450等效率曲線中查出。 則: Hmax=95m時(shí), Hr=76m時(shí), 2、確定引水管道參數(shù)，計(jì)算 經(jīng)濟(jì)流速Ve一般在

6、35 m/s，取經(jīng)濟(jì)流速Ve=3.5m/s。引水管的直徑D計(jì)算公式如下： m 管道流速計(jì)算公式如下： m/s （1）在 Hr=76m時(shí)： 將各段流速代入上式計(jì)算和則： 滿足 2=2*3.15=6.3m 。為蝸殼進(jìn)口斷面。（2）在Hmax=110m時(shí)： 將各段直徑代入式可計(jì)算出V =2。83 m/s 滿足=7。74m/s壓力鋼管的計(jì)算結(jié)果如表6-2：表6-2 壓力鋼管的計(jì)算表水頭Hr=76mHmax=95m管道長(zhǎng)度（m）186186管道直（m）8.918.91流量（）218.21176.46流速V（m/s）3.52.83651526.38186186二、 蝸殼的計(jì)算由于蝸殼的斷面是變截面的，所以

7、蝸殼部分取6個(gè)斷面，即將蝸殼分成5段計(jì)算，計(jì)算公式如下：1、 各段斷面面積圓斷面面積： 2、 斷面流量：3、斷面流速=/4、相鄰斷面平均流速=（+）25、斷面中心距可由蝸殼圓形斷面參數(shù)計(jì)算表查的。6、相鄰平均中心距=（+）27、 各段管長(zhǎng)蝸殼的的計(jì)算如表 蝸殼的計(jì)算表水頭（m）=76=95斷面編號(hào)12345612345634527021015090303452702101509030斷面面積30.3720.9515.3510.174.531.3030.3720.9515.3510.174.531.30斷面流量209.18168.51127.2990.9254.5518.18169.11136.

8、27102.9473.5344.1214.7斷面流速6.698.048.298.9412.0413.995.576.506.177.239.7411.31相鄰斷面平均流速7.378.178.6210.4913.026.046.616.978.4910.53斷面中心距 (m)6.5946.1415.745.2974.0083.1646.5946.1415.745.2974.0083.164相連平均中心距 (m)6.375.945.514.643.586.375.945.514.643.58各段管長(zhǎng) (m)8.346.215.774.863.758.346.215.774.863.7561.475

9、0.7449.7450.9848.8350.3741.0540.2241.2639.59261.76212.4928.9328.93三、尾水管的將尾水管分成三段計(jì)算部分計(jì)算如下：圖5-1 尾水管示意圖 分別將錐管段,肘管段,擴(kuò)散管段定為,。尾水管的尺寸如下表53：表53：10.3520.2511.255.5353.662.7767.1155.44.771、 各段面積:2、 各段管長(zhǎng), 3、 各進(jìn)口斷面流速 計(jì)算公式: m/s4、平均流速=（+）2尾水管段的計(jì)算如表6-4:表6-4 尾水管段的計(jì)算表水頭H(m)Hr=103.6Hmax=110管段號(hào)斷面面積 ()17.8624.0531.2460

10、.7517.8624.0531.2460.75斷面流速 (/s)12.229.076.983.599.887.345.652.9平均流速 (/s)10.658.035.2917.226.54.28各段管長(zhǎng) (m)3.666.4113.13.666.4113.138.9851.4769.363.0341.6756.07159.75160.7723.1723.17四、相關(guān)參數(shù)的確定及部分計(jì)算公式1、平均流速、慣性時(shí)間常數(shù)計(jì)算公式如下：平均流速 參考【2】P209公式5-6水流慣性時(shí)間常數(shù) 參考【2】P210公式5-8 =76m時(shí)： =4.5m/ s=1.44 s =95m時(shí)： =3.78m/s =

11、0.97 s2、水擊波速取 a=1000 m/s3、初選導(dǎo)葉直線關(guān)閉時(shí)間為導(dǎo)葉機(jī)構(gòu)直線關(guān)閉時(shí)間，一般為512s，對(duì)大容量機(jī)組可至15s。關(guān)閉時(shí)間可初步選為設(shè)計(jì)水頭下的水流慣性時(shí)間常數(shù)的4倍，查參【3】P233，=1072.51（9.8176）=1.44s。所以初選為6s、7s、8s，依次進(jìn)行計(jì)算，得出最優(yōu)解。 在設(shè)計(jì)水頭下工作時(shí)，導(dǎo)葉的初始開度=1；在設(shè)計(jì)水頭下，找到模型轉(zhuǎn)輪綜合特性曲線上的模型機(jī)單位轉(zhuǎn)速與5%出力限制線相交的一個(gè)點(diǎn)，該點(diǎn)處的導(dǎo)葉開度即為設(shè)計(jì)水頭下的導(dǎo)葉開度，=25.7 在最大水頭下工作時(shí)，導(dǎo)葉的初始相對(duì)開度要根據(jù)轉(zhuǎn)輪的特性曲線來(lái)確定。具體步驟如下： =（/s） 在模型轉(zhuǎn)輪綜合

12、特性曲線上，找到最大水頭下的單位流量與單位轉(zhuǎn)速的交點(diǎn)，該點(diǎn)處的導(dǎo)葉開度即為最大水頭下的導(dǎo)葉開度，=20.9則在最大水頭下的導(dǎo)葉初始相對(duì)開度： 對(duì)于最大水頭甩負(fù)荷時(shí)關(guān)閉時(shí)間可近似按下式計(jì)算 = 參考【2】P213公式5-194、 管道特征系數(shù) 5、水擊類型判斷由各工況的、值，利用圖6-3判斷水擊性質(zhì)，根據(jù)下表計(jì)算所得數(shù)據(jù)知，在最大水頭和設(shè)計(jì)水頭下，甩額定負(fù)荷時(shí)發(fā)生末相水擊。6、最大壓力上升計(jì)算末相水擊： 參考【2】P213公式5-22首相水擊： 參考【2】P213公式5-23計(jì)算出的還要進(jìn)行修正，(參考【2】P214公式5-24)，對(duì)混流式水輪機(jī)取計(jì)算結(jié)果如表6-5所示:表5-5 水擊壓力計(jì)算表

13、參數(shù)計(jì)算公式設(shè)計(jì)水頭下最大水頭下H7695Q218.21176.461072.51899.644.53.78管路特性常數(shù)3.0182.02810.813.0811.643水擊類型末相水錘末相水錘導(dǎo)葉關(guān)閉時(shí)間6784.865.676.48水管特性系數(shù)0.2400.2060.180.1610.1380.121（首相）（末相）0.2730.2300.1980.1750.1480.1290.3280.2760.2380.210.1780.155壓力鋼管水錘壓力0.1990.1680.1440.1230.1040.091蝸殼水錘壓力0.2790.2350.2030.1810.1460.12797.293

14、.8691.43112.2108.87107.07尾水管水錘壓力0.04890.04110.03550.03750.03180.0277尾水管進(jìn)口流速12.2212.2212.229.889.889.888.1777.5857.1595.3884.8464.457五、轉(zhuǎn)速變化計(jì)算由前面的計(jì)算可知：HLD74-35型水輪機(jī)的飛逸轉(zhuǎn)速則在設(shè)計(jì)水頭下的單位飛逸轉(zhuǎn)速 r/min 在最大水頭下的單位轉(zhuǎn)速： r/min在甩負(fù)荷的初始階段，轉(zhuǎn)速還未發(fā)生變化在下：在下：對(duì)轉(zhuǎn)速變化的計(jì)算，采用【2】公式一進(jìn)行列表計(jì)算。結(jié)果見下表2-2-5：表2-2-5 轉(zhuǎn)速上升率計(jì)算表參數(shù)計(jì)算公式設(shè)計(jì)水頭下最大水頭下6784.

15、865.676.480.240.2060.180.1610.1380.121取3%3%3%3%3%3%3%19383.5819383.5819383.5819383.5819383.5819383.589.759.759.759.759.759.750.34630.34630.34630.34630.34630.34631.241.2061.181.1611.1381.1210.35430.39170.42800.28440.31640.3476=159.19159.19159.19142.39142.39142.39，=1.851.851.851.851.851.850.62760.6108

16、0.59520.66180.64570.63080.23430.25390.27220.19580.21370.23080.25770.27930.29940.21540.23510.2539結(jié)果分析：=6、7、8時(shí)，尾水管的最大真空度9，滿足要求。根據(jù)規(guī)定允許的應(yīng)小于55%，蝸殼水錘壓力應(yīng)小于30%。計(jì)算結(jié)果表明當(dāng)=7s時(shí)，、均在允許范圍內(nèi)。同時(shí)考慮考慮到不能大于15s，決定取導(dǎo)葉關(guān)閉時(shí)間=7s。表6-5 水擊壓力、轉(zhuǎn)速上升計(jì)算表水頭H(m)Hmax=153mHr=134m流量Q(m3/s)174.59206.493368.193610.254.745.08水擊波速a1258.81258.8

17、1.992.430.5650.71467.3872a0118.626.50.70219.8310.5311.231415160.2280.2130.20.1960.1830.172-0.2570.2380.2220.2170.2010.1880.3080.2860.2660.2600.2520.2260.2940.2730.2540.2470.2390.21513.59213.5920.540.54124.7133.21.8511.8501.2281.2131.21.1961.1831.1720.4030.4210.4390.5200.5440.5680.6790.6690.660.620.610.5990.2870.2970.3060.3460.3580.3690.0140.0130.0120.0130.01260.0119.369.369.367.927.927.92-1.159-1.132-1.465-0.925-0.979-1.193表中: 參考【2】P218 式中：c：