混流式水轮机调节保证计算报告.docx
《混流式水轮机调节保证计算报告.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《混流式水轮机调节保证计算报告.docx（45页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
混流式水轮机调节保证计算报告
混流式水轮机调节保证计算
第一章混流式水轮机调节保证计算的依据及标准
1.1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压力上升太高而导致压力钢管爆破的灾难事故。
同时因为机组负荷全丢，如不及时地采取措施的话，转速上升过高，也会影响机组的强度、寿命及引起机组的振动。
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值和最大压力上升值，以保证电站的安全运行。
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，使最大压力上升值和最大转速上升值都在允许的范围之内。
1.2调节保证计算的一般标准
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βmax≤55%。
对于大型电站βmax＜45%，对于冲击式机组βmax＜30%。
机组在甩负荷过程中最大压力上升率为
，当机组甩全负荷时，有压过水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8～9（mH20）。
电站设计水头Hr（m）
＜40
40～100
＞100
蜗壳允许最大压力上升率ξ
70%～50%
50%～30%
＜30%
1.3混流式水轮机调节保证计算的标准
综合考虑机组的具体情况，该电站调节保证计算的标准定为：
机组在规定的运行范围内的在任何工况下速率上升不超过β≤40%，即机组最大过速不超过600r/min；同时，压力钢管内的最大压力不超过140mH2O。
第二章该混流式水轮机调节保证计算的结果
2.1该电站的基本概况
1台机，钢管引水，水轮机中心高程：
。
最大净水头：
额定水头：
最小水头：
m
机组基本参数
水机机型：
略
转轮直径：
D1=
额定水头发水轮机出力：
Nr=10700KW
引水管压力波传播速度：
a=1000m/s
吸出高度：
Hs=+
水轮机主要参数
表1：
水轮机主要参数表
水头H（m）
出力Nr（kW）
流量Q（m3/s）
导叶开度A（mm）
导叶开度相对值
最大Max
10700
额定Rated
10700
最小Min
6355
计算设计水头、最大水头下发额定出力时压力引水系统的
根据基本数据计算不同水头下压力管道的
、蜗壳的
、尾水管的
。
计算平均流速，
表2：
压力过水系统水管参数计算表
水头
引水管
蜗壳
尾水管
压力过水系统计算值合计
平均速度
H（m）
∑LT
∑LTVT
∑LC
∑LCVC
∑LB
∑LBVB
∑L
∑LV
Vcp
假定导叶的直线关闭时间
或关闭规律
导叶的直线关闭时间
一般取5—10s，对大容量机组可到15s。
导叶的直线关闭时间
通常是按设计水头下，机组甩全负荷时的工况来确定的，对于最大水头机组甩全负荷时的关闭时间由下式计算，
式中，
分别为最大水头和设计水头下带额定负荷时导叶的开度。
水击压力上升计算
（1）管段水击波速的计算
式中，
×105N/cm3
为管壁材料的弹性系数，对于钢
=×107N/cm3
D为管道直径，cm；δ为管道厚度，cm；
为声波在水中的传播速度，一般为1435m/s。
复杂管路的水击波速可由下式计算：
式中，
为各管段的水击波速。
（2）压力管道水力损失计算
根据引水系统的布置，分别计算设计水头和最大水头下沿程摩擦损失、局部阻力损失，由此得到设计水头和最大水头的水力损失
。
因此各水头下的静水头为，
。
（3）管道特征系数计算
，
（4）判断水击类型
可由管道特征系数
、
，导叶起始相对开度
（
=0）在水击分类图上查找。
（5）最大压力上升计算
末相水击：
首相水击：
若为编程计算，也可不判断水击类型，将
和
都算出取大者。
计算出的
还要进行修正：
或
，其中对HL式水轮机取K=1.2。
（6）水击计算
压力水管末端最大压力升高
，
蜗壳末端最大压力升高
，
尾水管最大压力降低
，
尾水管最大真空度
HS为吸出高度，
和ΔHB应为同一时间的最大总和，近似计算时可取开始关闭时尾水管进口流速水头的一半（
）和ΔHB进行组合。
最大转速上升计算或确定机组飞轮力矩GD2
采用近似公式来求取最大转速上升
其中，
或
，（两式GD2的单位不同，前者是kN·m2，后者为t·m2）。
Tc=Tqabp
σ=
ne=
βr=
上式中：
Tc为调节迟滞时间；Tq—0.3s；bp由电站在系统中的地位而定一般为2%—6%；f为水击修正系数；C为水轮机飞逸特性影响机组升速时间系数；
为甩负荷前单位转速，r/min；
为单位飞逸转速，r/min。
水流加速、机组惯性时间常数、水管特性参数
表3：
时间常数、水管特性参数表
水头H（m）
水力加速Tw（s）
机组惯性Ta（s）
水管特性ρ
σ
压力波一次时间tr
2.2该电站的调节保证计算结果
在水轮机最大水头H=下：
水轮机调节保证计算
机组类型（冲击、混流、轴流）
2
（冲击为1，混流为2，轴流为3）
转轮直径：
D1（米）
水头H：
（米）
水轮机出力：
N（千瓦）
10700
机组额定转速：
n（转/分）
机组飞逸转速：
nr（转/分）
发电机的：
GD2fd（吨米2）
76
飞轮的：
GD2fl（吨米2）
0
水轮机转动部分的：
GD2T（吨米）
0
估算
吸出高度：
Hs（米）
Hs=10-Δ/900-（σ+Δσ）H
流量：
Q（米2/秒）
压力钢管：
LgVg（米2/秒）
蜗壳：
∑LwkVwk（米2/秒）
尾水管：
∑LwgVwg（米2/秒）
LV
如果上面压力管道尺寸无可带入LV=8H计算
压力钢管长度：
Lg（米）
蜗壳长度：
Lwk（米）
尾水管长度：
Lwg（米）
尾水管进口断面积：
F（米2）
总长度：
L
关闭时间：
Ts（秒）
压力传播速度：
a（米/秒）
1000
800~1200米/秒
初始流速：
V0（米/秒）
10
水管特性系数：
σ
水击相长：
Tr
关闭时导叶相对开度：
τ0
1
管路特性常数：
ρ
压力上升：
ζpj
压力上升最大值：
ζmax
压力管中相对压力上升ζg
压力管中压力上升数值：
ΔHg
蜗壳中相对压力上升ξwk
Hr<40（50%≤ξwk≤70%），40蜗壳中压力上升数值：
ΔHwk
尾水管中相对压力下降ηwg
尾水管中压力下降值：
ΔHwg
尾水管进口端面处的流速：
V
尾水管的：
v2/2g（米）
机组的转动惯量：
GD2（吨米2）
76
n′=nr/n
KTS（秒）
βy=182NKTS/GD2n2
c=1/（1+（βy/（n′-1）））
f=（1+ζpj）
尾水管最大真空度：
HB（米）
（HB<8~9）米
速率上升：
β=βy*c*f
β≤55%
水轮机调节保证计算
机组类型（冲击、混流、轴流）
2
（冲击为1，混流为2，轴流为3）
转轮直径：
D1（米）
水头H：
（米）
水轮机出力：
N（千瓦）
10700
机组额定转速：
n（转/分）
机组飞逸转速：
nr（转/分）
发电机的：
GD2fd（吨米2）
76
飞轮的：
GD2fl（吨米2）
0
水轮机转动部分的：
GD2T（吨米）
0
估算
吸出高度：
Hs（米）
Hs=10-Δ/900-（σ+Δσ）H
流量：
Q（米2/秒）
压力钢管：
LgVg（米2/秒）
蜗壳：
∑LwkVwk（米2/秒）
尾水管：
∑LwgVwg（米2/秒）
LV
如果上面压力管道尺寸无可带入LV=8H计算
压力钢管长度：
Lg（米）
蜗壳长度：
Lwk（米）
尾水管长度：
Lwg（米）
尾水管进口断面积：
F（米2）
总长度：
L
关闭时间：
Ts（秒）
压力传播速度：
a（米/秒）
1000
800~1200米/秒
初始流速：
V0（米/秒）
10
水管特性系数：
σ
水击相长：
Tr
关闭时导叶相对开度：
τ0
1
管路特性常数：
ρ
压力上升：
ζpj
压力上升最大值：
ζmax
压力管中相对压力上升ζg
压力管中压力上升数值：
ΔHg
蜗壳中相对压力上升ξwk
Hr<40（50%≤ξwk≤70%），40蜗壳中压力上升数值：
ΔHwk
尾水管中相对压力下降ηwg
尾水管中压力下降值：
ΔHwg
尾水管进口端面处的流速：
V
尾水管的：
v2/2g（米）
机组的转动惯量：
GD2（吨米2）
76
n′=nr/n
KTS（秒）
βy=182NKTS/GD2n2
c=1/（1+（βy/（n′-1）））
f=（1+ζpj）
尾水管最大真空度：
HB（米）
（HB<8~9）米
速率上升：
β=βy*c*f
β≤55%
水轮机调节保证计算
机组类型（冲击、混流、轴流）
2
（冲击为1，混流为2，轴流为3）
转轮直径：
D1（米）
水头H：
（米）
水轮机出力：
N（千瓦）
10700
机组额定转速：
n（转/分）
机组飞逸转速：
nr（转/分）
发电机的：
GD2fd（吨米2）
76
飞轮的：
GD2fl（吨米2）
0
水轮机转动部分的：
GD2T（吨米）
0
估算
吸出高度：
Hs（米）
Hs=10-Δ/900-（σ+Δσ）H
流量：
Q（米2/秒）
压力钢管：
LgVg（米2/秒）
蜗壳：
∑LwkVwk（米2/秒）
尾水管：
∑LwgVwg（米2/秒）
LV
如果上面压力管道尺寸无可带入LV=8H计算
压力钢管长度：
Lg（米）
蜗壳长度：
Lwk（米）
尾水管长度：
Lwg（米）
尾水管进口断面积：
F（米2）
升级会员 