調(diào)節(jié)保證計(jì)算

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□maxn0機(jī)組在甩負(fù)荷過(guò)程中轉(zhuǎn)速上升率為4 0。一般情況下，最大轉(zhuǎn)速上升率nmax55%。對(duì)于大型電站max45%，對(duì)于沖擊式機(jī)組max55%。對(duì)于大型電站max45%，對(duì)于沖擊式機(jī)組max35%。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(jiàn)下表。尾水管的真空值不大于89mH2O。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(jiàn)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見(jiàn)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Hr（m）4040~100100蝸殼允許最大壓力上升率70%~50%50%~30%30%表6-1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 3°%。三、本水電站基本參數(shù)電站形式：壩后式水頭：Hmax95m,Hr76m水輪機(jī)型號(hào)：HLD7—LJ—45°水輪機(jī)額定出力：1513°°KW機(jī)組額定轉(zhuǎn)速：166.7r/min機(jī)組轉(zhuǎn)動(dòng)慣量：19383.58t?怦吸出咼度：H=-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：a=l°00m/s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 LTM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L1可按下式計(jì)算：L1Lx+Lx式中：Lx――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。Lx和Lx可用參【2】P645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L取其中的最大值，兩個(gè)最大值相加就可以得出L。蝸殼層:LxLx=R)+i=Ro+i=10+2=12mR0為蝸殼進(jìn)口斷面半徑Lx=R2+j=7.9+2=9.9mR2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,BL=尾水管層:對(duì)于對(duì)稱尾水管,BL=L=xx2B5+2=」+2=12.5/2+2=8.3m°222發(fā)電機(jī)層:LxLx=Lx=-+少 +3=xx22223D2b-++3=15.1/2+4/2+0.4=12m。所以L[=Lx+Lx=12+12=24m1、計(jì)算Hr和Hmax下額定出力時(shí)的流量引水鋼管總長(zhǎng)L=186m電站總的引用流量為N電站總的引用流量為N9.81H式中亠Nd式中亠Nd為設(shè)計(jì)水頭；以設(shè)計(jì)水頭來(lái)校核引水管的直徑為電站為設(shè)計(jì)水頭額定出力時(shí)所對(duì)應(yīng)的效率，可由DHLD74—450等效率曲線中查出。則Hr則Hr=103.6m時(shí),Q4870009.81760.93702.37m/s（1）先假定米用聯(lián)合供水引水管的直徑D計(jì)算公式如下：經(jīng)濟(jì)流速v—般在3—5m/s,取經(jīng)濟(jì)流速Ve=4m/s。|4702.37即D =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V4(2)采用單元供水計(jì)算公式如下:N9.81H式中N為水輪機(jī)額定出力H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，可由率曲線HLD74—450等效151300Hmax=95m時(shí)151300Hmax=95m時(shí)，Qhmax176?46m3/sHr=76m時(shí)，QHr1513009.81760.93218?21m3/s中查出。2、確定引水管道參數(shù)，計(jì)算 LTiVTi經(jīng)濟(jì)流速Ve一般在3—5m/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：D捋e官道流速計(jì)算公式如下：V4Q—m/s(1)在Hr=76m時(shí)：D2D 8.91m4218 21\3.143.5將各段流速代入上式計(jì)算d2和D3貝Ij：d2 4256.26■3.145.54256.26D3 ■3.1476.8m4256.26D3 ■3.1476.8m。0為蝸殼進(jìn)口斷面。滿足D1>D2>D3>20=2*3.15=6.3m(2)在Hmax=110m時(shí):D1 9.66m4Q將各段直徑代入式V 2可計(jì)算出VD2V. 4叮6嚴(yán)=2。83m/si 8.912滿足V1vV0=7。74m/s壓力鋼管的LTiVTi計(jì)算結(jié)果如表6-2:表6-2壓力鋼管的LTM計(jì)算表水頭H=76mrH=95mmax管道長(zhǎng)度L(m)186186管道直D(m8.918.91流量Q(m3s)218.21176.46流速V3.52.83(m/s)LtVt.651526.38LTi186186蝸殼的LcVci計(jì)算cci由于蝸殼的斷面是變截面的，所以蝸殼部分取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：F:2、斷面流量:Qi3603、斷面流速Vi=Qi/Fi4、相鄰斷面平均流速V=(Vi+Vi1)/25、斷面中心距ai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i+ ii2各段管長(zhǎng)a*cc Oii=(aii+ ii2各段管長(zhǎng)a*cc Oi7L蝸殼的 LciVci的計(jì)算如表蝸殼的LcVo計(jì)算表水頭(m)Hr=76Hmax=95斷面編號(hào)12345612345634527021015090303452702101509030斷面面積30.320.15.310.14.531.3030.320.915.310.14.531.30F(m2)795577557斷面流里Qi209.168127.90.954.518.1169.136.102.73.544.118.51292581127943214.7(m3/s)

斷面流速V(m/s)6.698.048.298.9412.0413.995.576.506.177.239.7411.31相鄰斷面平均流速V(m⑸7.378.178.6210.4913.026.046.616.978.4910.53斷面中心距a.(m)i6.59 6.144 15.745.2974.0083.1646.5946.1415.745.2974.0083.164相連平均中心距a(m)6.375.945.514.643.586.375.945.514.643.58各段管長(zhǎng)L(m)8.346.215.774.863.758.346.215.774.863.75LCivCi61.4750.7449.7450.9848.8350.3741.0540.2241.2639.59LCIVCI261.76212.49L28.9328.93三、尾水管的 LBiVBi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I,n,川。尾水管的尺寸如下表5—3:hLB5D4h3h6L1h5D310.3520.2511.255?5353?662.7767.1155.44.774.77.A1(DQ2)23.14()2D44.77.A1(DQ2)23.14()2D425.535a2(—)23.14(c2A3h6 B52.77611.25A4h5 B55.411.25 62、各段管長(zhǎng)L1h33.66m111、各段面積:2222 24.05m217.86m231.24m2L2弧長(zhǎng)4[(3.14R623.14R72)2]6.41m4 6 7R64.8105,R73.352567L3LL1 20.257.15513.1m3、 各進(jìn)口斷面流速計(jì)算公式：Qvi m/siA4、 平均流速Vi=(Vi+Vi1)/2尾水管段JVj的計(jì)算如表6-4:尾水管段 LiVi的計(jì)算表ii水頭H(m)Hr=103.6Hmax=110管段號(hào)InmInm斷面面積Aj(m2)17.8624.0531.2460.7517.8624.0531.2460.75斷面流速Vi(m/s)12.229.076.983.599.887.345.652.9平均流速Vi(mA2/s)10.658.035.2917.226.54.28表6-4各段管長(zhǎng)Li(m)3.666.4113.13.666.4113.1LBiVBi38.9851.4769.363.0341.6756.07LVBiBii159.75160.77LBi23.1723.17四、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)LV.平均流速V平均流速V。參考【2】P209公式5-6水流慣性時(shí)間常數(shù)TwLV.水流慣性時(shí)間常數(shù)TwLV.igH。參考【2】計(jì)算公式如下:HHr=76m時(shí):651計(jì)算公式如下:HHr=76m時(shí):651261.76159.75--18628.93-23"-17----=4.5m/s1072.51=94甫HHmax=95m時(shí):526.38212.49160.77=3.78m/s18628.9323.17V899.64o"98W2、2、水擊波速a=1000m/s3、3、初選導(dǎo)葉直線關(guān)閉時(shí)間Ts為導(dǎo)葉機(jī)構(gòu)直線關(guān)閉時(shí)間,般為512s，對(duì)大容量機(jī)組可至15s。關(guān)閉時(shí)間Ts為導(dǎo)葉機(jī)構(gòu)直線關(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) Tw的4倍，查參【3】P233,Tw= LiVi/gH0=1072.51/(9.81 76)=1.44s。所以初選Ts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(kāi)度 0=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(kāi)度即為設(shè)計(jì)水頭下的導(dǎo)葉開(kāi)度，a0=25.7在最大水頭下工作時(shí)，導(dǎo)葉的初始相對(duì)開(kāi)度。在最大水頭下工作時(shí)，導(dǎo)葉的初始相對(duì)開(kāi)度。要根據(jù)轉(zhuǎn)輪的特性曲線來(lái)確定。具體步驟如下:Q1仃maxmax176.46Q1仃maxmax176.46時(shí)嘰4?5J950.894(m/S)在模型轉(zhuǎn)輪綜合特性曲線上，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(kāi)度即為最大水頭下的導(dǎo)葉開(kāi)度,a01=20.9則在最大水頭下的導(dǎo)葉初始相對(duì)開(kāi)度:0他竺0.81a0 25.7參考【2】P213公式5-19對(duì)于最大水頭甩負(fù)荷時(shí)關(guān)閉時(shí)間 TsH可近似按下式計(jì)算4、 管道特征系數(shù)aLV/gHTs)1 hwaV°/2gH5、水擊類型判斷由各工況的、hw0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)算首相水擊：i首相水擊：i2/(1hw0 )參考【2】P213公式5-22參考【2]P213公式5-23maxKmaxK（參考【2]末相水擊：m22計(jì)算結(jié)果如表6-5所示:表5-5 水擊壓力計(jì)算表參數(shù)計(jì)算公式設(shè)計(jì)水頭下最大水頭下H7695QQ 9.81HNmax218.21176.46LVj1072.51899.64V。LViVo L4.53.78管路特性常數(shù)h2gHav03.0182.0280:10.81h03.0811.643水擊類型末相水錘末相水錘導(dǎo)葉關(guān)閉時(shí)間兀6784.865.676.48水管特性系數(shù)LVi9.81HTs0.2400.2060.180.1610.1380.1211（首相）Il]

m（末相）2m20.2730.2300.1980.1750.1480.129maxK 1.2maxy0.3280.2760.2380.210.1780.155壓力鋼管水錘壓力TLVTTT LV.maxi0.1990.1680.1440.1230.1040.091蝸殼水錘壓力CLtVt LqVcC LV maxi0.2790.2350.2030.1810.1460.127HCHe(1C)H97.293.8691.43112.2108.87107.07尾水管水錘壓力BLVBBB LV maxi0.04890.04110.03550.03750.03180.0277尾水管進(jìn)口流速V34QV3 D3212.2212.2212.229.889.889.88Hbv2HbHs— 3 H2g b8.1777.5857.1595.3884.8464.457五、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n308.4r/minpnipnDp in308.44.5 159.19r/miniiTr-.Hrr76則在設(shè)計(jì)水頭下的單位飛逸轉(zhuǎn)速在甩負(fù)荷的初始階段,n n1p 11TmaxHmax3084必142.39r/min95轉(zhuǎn)速還未發(fā)生變化在最大水頭下的單位轉(zhuǎn)速:在Hr下：nrnr n-D166匚4.586.05r/minr'廠QH J76r在下.nhmax 在下.nhmax 1166.74.576.96r/min.95max對(duì)轉(zhuǎn)速變化的計(jì)算，采用【2】P218公式一進(jìn)行列表計(jì)算。結(jié)果見(jiàn)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Ts6784.865.676.480.240.2060.180.1610.1380.121bp取3%3%3%3%3%3%3%GD219383.5819383.5819383.5819383.5819383.5819383.58TaT gd2nf21 fa 365No9.759.759.759.759.759.75TcT0.20.5Tbc ap0.34630.34630.34630.34630.34630.3463f1f.1i1.241.2061.181.1611.1381.121r2TCfTsr2T(10.5)a' r0.35430.39170.42800.28440.31640.3476nipn'JpDin1P=TT159.19159.19159.19142.39142.39142.39ne門(mén)n1'nne ~—， n1f=n1Pn1.851.851.851.851.851.85

c1c1八ne1)0.62760.61080.59520.66180.64570.63081 (2TTsfjcf Ta 10.23430.25390.27220.19580.21370.2308max1.1max0.25770.27930.29940.21540.23510.2539結(jié)果分析：TS=6、7、8時(shí)，尾水管的最大真空度HBV9,滿足要求。根據(jù)規(guī)定允許的 max應(yīng)小于55%,蝸殼水錘壓力C應(yīng)小于30%。計(jì)算結(jié)果表明當(dāng)Ts'=7S時(shí)，max、c均在允許范圍內(nèi)。同時(shí)考慮考慮到 TS不能大于15S，決定取導(dǎo)葉關(guān)閉時(shí)間TI水擊壓力、轉(zhuǎn)速上升計(jì)算表TS=7S。水擊壓力、轉(zhuǎn)速上升計(jì)算表水頭H(m)Hn=153maxH=134m流量Q(m/s)174.59206.49LV.ii3368.193610.25V0lLv.04.745.08水擊波速a1258.81258.8hwaV°/2gH1.992.43Q QQ11D；廂10.5650.714D1nn11 !Uh67.3872a0118.626.5表6-5

a010 -a--o0.7021Ts9.8310.5311.23141516LV.ii9.81HTs0.2280.2130.20.1960.1830.172■ 2/(1h )i ' Wo /---m2/20.2570.2380.2220.2170.2010.1881.2max0.3080.2860.2660.2600.2520.226LV+ LVTT ccc LV max0.2940.2730.2540.2470.2390.215TGD2na365N。13.59213.592T0.20