调节保证计算

1、第二章 调节保证计算第一节 调节保证计算的任务和标准一、调节保证计算的目的和意义在电站的运行中，常会遇到各种事故，机组突然与系统解列，把负荷甩掉。在甩负荷时，导叶迅速关闭，水轮机的流量急剧变化，因此在水轮机的引水系统中产生水击，特别是甩（增）全负荷时产生的最大压力上升（最大压力下降），对压力管道系统的强度影响最大。工程实践中曾发生过因甩负荷致使压力上升太高，从而导致压力钢管爆破的灾难事故；同时因为机组负荷全部丢失，如果不及时地采取措施，可导致转速上升过高，也会影响机组的强度、寿命，并引起机组的振动。为了避免以上事故的发生，在设计阶段应该计算出上述过渡过程中最大转速上升和最大压力上升值，以保证电

2、站的安全可靠运行。在电站初步选定压力引水系统的布置、尺寸和机组型号后，通过调节保证计算，正确合理地选择导叶关闭的时间，使最大压力上升和最大转速上升都在允许的范围内。二、调节保证计算的标准 机组在甩负荷过程中转速上升率为。一般情况下，最大转速上升率。对于大型电站，对于冲击式机组。当机组甩全负荷时，有压过水系系统允许的最大压力上升率见下表。尾水管的真空值不大于。机组甩负荷时有压过水系统允许的最大压力上升率见表6-1：表6-1 机组甩负荷时有压过水系统允许的最大压力上升率电站设计水头蜗壳允许最大压力上升率该电站设计水头为76m，且在系统中承担调峰调频任务，故。三、本水电站基本参数电站形式：坝后式水头

3、： 水轮机型号：HLD74LJ450水轮机额定出力：151300KW 机组额定转速：166.7r/min 机组转动惯量：19383.58t· 吸出高度：HS=-3.15m 发电机型号：SF151.3-36/948.42 发电机容量：172914KVA 压力波速:=1000ms引水钢管长:186m机组台数：4台第二节 调节保证主要参数计算一、计算压力引水管的机组段长度的确定：确定机组段长度，是确定两台机组间的安装距离。立轴式反击式机组的机组段长度主要由蜗壳、尾水管、发电机等设备在x轴方向的尺寸确定。同时还应考虑机组附属设备及主要通道、吊物孔的布置及其所需尺寸。机组段长度可按下式计算：

4、=+式中：机组段+x方向的最大长度； 机组段-x方向的最大长度。和可用参【2】645表14-2中的公式按蜗壳层、尾水管层和发电机层风别计算，取其中的最大值，两个最大值相加就可以得出。蜗壳层： =+=+=10+2=12m 为蜗壳进口断面半径 =+=7.9+2=9.9m 为蜗壳进口角180度时的进口断面半径尾水管层： 对于对称尾水管，=+=+=12.5/2+2=8.3m 。发电机层： =+=+=15.1/2+4/2+0.4=12m 。所以 =+=12+12=24m 。1、 计算和下额定出力时的流量引水钢管总长=186m 。（1）先假定采用联合供水电站总的引用流量为 式中 为电站总自己装机容量； 为

5、设计水头；以设计水头来校核引水管的直径D 为设计水头额定出力时所对应的效率，可由HLD74450等效率曲线中查出。则Hr=103.6m时, 引水管的直径D计算公式如下： 经济流速Ve一般在35m/s，取经济流速Ve=4m/s。即=14.95m，显然采用联合供水时引水管的直径太大了，目前最大的引水管的直径也只有13.26m。应采用单元供水（2）采用单元供水计算公式如下：式中 为水轮机额定出力 分别为设计水头和最大水头 分别为设计水头和最大水头额定出力时所对应的效率，可由HLD74450等效率曲线中查出。 则: Hmax=95m时, Hr=76m时, 2、确定引水管道参数，计算 经济流速Ve一般在

6、35 m/s，取经济流速Ve=3.5m/s。引水管的直径D计算公式如下： m 管道流速计算公式如下： m/s （1）在 Hr=76m时： 将各段流速代入上式计算和则： 满足 2=2*3.15=6.3m 。为蜗壳进口断面。（2）在Hmax=110m时： 将各段直径代入式可计算出V =2。83 m/s 满足=7。74m/s压力钢管的计算结果如表6-2：表6-2 压力钢管的计算表水头Hr=76mHmax=95m管道长度（m）186186管道直（m）8.918.91流量（）218.21176.46流速V（m/s）3.52.83651526.38186186二、 蜗壳的计算由于蜗壳的断面是变截面的，所以

7、蜗壳部分取6个断面，即将蜗壳分成5段计算，计算公式如下：1、 各段断面面积圆断面面积： 2、 断面流量：3、断面流速=/4、相邻断面平均流速=（+）25、断面中心距可由蜗壳圆形断面参数计算表查的。6、相邻平均中心距=（+）27、 各段管长蜗壳的的计算如表 蜗壳的计算表水头（m）=76=95断面编号12345612345634527021015090303452702101509030断面面积30.3720.9515.3510.174.531.3030.3720.9515.3510.174.531.30断面流量209.18168.51127.2990.9254.5518.18169.11136.

8、27102.9473.5344.1214.7断面流速6.698.048.298.9412.0413.995.576.506.177.239.7411.31相邻断面平均流速7.378.178.6210.4913.026.046.616.978.4910.53断面中心距 (m)6.5946.1415.745.2974.0083.1646.5946.1415.745.2974.0083.164相连平均中心距 (m)6.375.945.514.643.586.375.945.514.643.58各段管长 (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、尾水管的将尾水管分成三段计算部分计算如下：图5-1 尾水管示意图 分别将锥管段,肘管段,扩散管段定为,。尾水管的尺寸如下表53：表53：10.3520.2511.255.5353.662.7767.1155.44.771、 各段面积:2、 各段管长, 3、 各进口断面流速 计算公式: m/s4、平均流速=（+）2尾水管段的计算如表6-4:表6-4 尾水管段的计算表水头H(m)Hr=103.6Hmax=110管段号断面面积 ()17.8624.0531.2460

10、.7517.8624.0531.2460.75断面流速 (/s)12.229.076.983.599.887.345.652.9平均流速 (/s)10.658.035.2917.226.54.28各段管长 (m)3.666.4113.13.666.4113.138.9851.4769.363.0341.6756.07159.75160.7723.1723.17四、相关参数的确定及部分计算公式1、平均流速、惯性时间常数计算公式如下：平均流速 参考【2】P209公式5-6水流惯性时间常数 参考【2】P210公式5-8 =76m时： =4.5m/ s=1.44 s =95m时： =3.78m/s =

11、0.97 s2、水击波速取 a=1000 m/s3、初选导叶直线关闭时间为导叶机构直线关闭时间，一般为512s，对大容量机组可至15s。关闭时间可初步选为设计水头下的水流惯性时间常数的4倍，查参【3】P233，=1072.51（9.8176）=1.44s。所以初选为6s、7s、8s，依次进行计算，得出最优解。 在设计水头下工作时，导叶的初始开度=1；在设计水头下，找到模型转轮综合特性曲线上的模型机单位转速与5%出力限制线相交的一个点，该点处的导叶开度即为设计水头下的导叶开度，=25.7 在最大水头下工作时，导叶的初始相对开度要根据转轮的特性曲线来确定。具体步骤如下： =（/s） 在模型转轮综合

12、特性曲线上，找到最大水头下的单位流量与单位转速的交点，该点处的导叶开度即为最大水头下的导叶开度，=20.9则在最大水头下的导叶初始相对开度： 对于最大水头甩负荷时关闭时间可近似按下式计算 = 参考【2】P213公式5-194、 管道特征系数 5、水击类型判断由各工况的、值，利用图6-3判断水击性质，根据下表计算所得数据知，在最大水头和设计水头下，甩额定负荷时发生末相水击。6、最大压力上升计算末相水击： 参考【2】P213公式5-22首相水击： 参考【2】P213公式5-23计算出的还要进行修正，(参考【2】P214公式5-24)，对混流式水轮机取计算结果如表6-5所示:表5-5 水击压力计算表

13、参数计算公式设计水头下最大水头下H7695Q218.21176.461072.51899.644.53.78管路特性常数3.0182.02810.813.0811.643水击类型末相水锤末相水锤导叶关闭时间6784.865.676.48水管特性系数0.2400.2060.180.1610.1380.121（首相）（末相）0.2730.2300.1980.1750.1480.1290.3280.2760.2380.210.1780.155压力钢管水锤压力0.1990.1680.1440.1230.1040.091蜗壳水锤压力0.2790.2350.2030.1810.1460.12797.293

14、.8691.43112.2108.87107.07尾水管水锤压力0.04890.04110.03550.03750.03180.0277尾水管进口流速12.2212.2212.229.889.889.888.1777.5857.1595.3884.8464.457五、转速变化计算由前面的计算可知：HLD74-35型水轮机的飞逸转速则在设计水头下的单位飞逸转速 r/min 在最大水头下的单位转速： r/min在甩负荷的初始阶段，转速还未发生变化在下：在下：对转速变化的计算，采用【2】公式一进行列表计算。结果见下表2-2-5：表2-2-5 转速上升率计算表参数计算公式设计水头下最大水头下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结果分析：=6、7、8时，尾水管的最大真空度9，满足要求。根据规定允许的应小于55%，蜗壳水锤压力应小于30%。计算结果表明当=7s时，、均在允许范围内。同时考虑考虑到不能大于15s，决定取导叶关闭时间=7s。表6-5 水击压力、转速上升计算表水头H(m)Hmax=153mHr=134m流量Q(m3/s)174.59206.493368.193610.254.745.08水击波速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: 参考【2】P218 式中：c：