調(diào)節(jié)保證計算

第二章調(diào)節(jié)保證計算第一節(jié)調(diào)節(jié)保證計算的任務(wù)和標準一、調(diào)節(jié)保證計算的目的和意義在電站的運行中，常會遇到各種事故，機組突然與系統(tǒng)解列，把負荷甩掉。在甩負荷時，導(dǎo)葉迅速關(guān)閉，水輪機的流量急劇變化，因此在水輪機的引水系統(tǒng)中產(chǎn)生水擊，特別是甩（增全負荷時產(chǎn)生的最大壓力上升（最大壓力下降），對壓力管道系統(tǒng)的強度影響最大。工程實踐中曾發(fā)生過因甩負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；同時因為機組負荷全部丟失，如果不及時地采取措施，可導(dǎo)致轉(zhuǎn)速上升過高，也會影響機組的強度、壽命，并引起機組的振動。為了避免以上事故的發(fā)生，在設(shè)計階段應(yīng)該計算出上述過渡過程中最大轉(zhuǎn)速上升和最大壓力上升值，以保證電站的安全可靠運行。在電站初步選定壓力引水系統(tǒng)的布置、尺寸和機組型號后，通過調(diào)節(jié)保證計算，正確合理地選擇導(dǎo)葉關(guān)閉的時間，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)保證計算的標準機組在甩負荷過程中轉(zhuǎn)速上升率為

n—max—n

n。一般情況下，最大轉(zhuǎn)速上升率max

55%。對于大型電站

max

45%

0對于沖擊式機組

max

35%。當機組甩全負荷c—CIC時，有壓過水系系統(tǒng)允許的最大壓力上升率見下表。尾水管的真空值不大于89mH2O。機組甩負荷時有壓過水系統(tǒng)允許的最大壓力上升率見表6-1：表6-1

機組甩負荷時有壓過水系統(tǒng)允許的最大壓力上升率電站設(shè)計水頭電站設(shè)計水頭H血）r40—4011蝸殼允許最大壓力上升率蝸殼允許最大壓力上升率70%50%50%30%30%該電站設(shè)計水頭為76m，且在系統(tǒng)中承擔調(diào)峰調(diào)頻任務(wù)，故30%。三、本水電站基本參數(shù)電站形式：壩后式水頭：H95m,H水輪機型號：HLD74—LJ—450水輪機額定出力：1513KW機組額定轉(zhuǎn)速：166.7r/min機組轉(zhuǎn)動慣量：19383.58t-吸出高度：H「-3.15m發(fā)電機型號：SF151.3-36/948.42發(fā)電機容量：172914KVA壓力波速：a=10m/s引水鋼管長：186m機組臺數(shù)：4臺第二節(jié)調(diào)節(jié)保證主要參數(shù)計算一、計算壓力引水管的LVTiTi機組段長度的確定：確定機組段長度，是確定兩臺機組間的安裝距離。立軸式反擊式機組的機組段長度主要由蝸殼、尾水管、發(fā)電機等設(shè)備在X軸方向的尺寸確定。同時還應(yīng)考慮機組附屬設(shè)備及主要通道、吊物孔的布置及其所需尺寸。機組段長度L1可按下式計算：L廣L+L式中：L 機組段+X方向的最大長;L-xxL和Lx

可用參【2】Px

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表14-2中的公式按蝸殼層、尾水管層和發(fā)電機層風別計算，取其中的最大值，兩個最大值相加就可以得出匕。蝸殼層:發(fā)電機層：

BBLx=R+=R+=10+2=12m1 1Lx=R+=R+=10+2=12m1 10 1R為蝸殼進斷面半徑0Lx=R+2=7.9+2=9.9m1R1802尾水管層：

=12.5/2+2=8.3m。2L=L=^++=^^++=15.1/2+4/2+0.4=12m。xx223223所以 L]=L+L=12+12=24m1、計算H和H下額定出力時的流量rmax引水鋼管總長L=186m。先假定采用聯(lián)合供水

_A9.81H式中N為電站總自己裝機容量；HDHLD74—450一，,八4870%H=103.6mQ981r

。菸702.37m

3/s引水管的直徑D計算公式如下：礦D一v,e經(jīng)濟流速V

3—5m/s，取經(jīng)濟流速V=4m/s。e e，4702.37即D'=14.95m，顯然采用聯(lián)合供水時引水管的直徑太大了，目前最大\4的引水管的直徑也只有13.26m。應(yīng)采用單元供水計算公式如下：9.81H式中N為水輪機額定出力H分別為設(shè)計水頭和最大水頭HLD74—450等效率曲線中查出。則：1513------176.46m3/sHma=95m時,QHmax 9.81950.921513 Hr76m時，QHr 9.81760.93

3/s2、確定引水管道參數(shù) 計算 LVTiTi經(jīng)濟流速Ve3—5m/s取經(jīng)濟流速V=3.5m/se水管的直徑D計算公式如下：，4Q1ve管道流速計算公式如下：4Q—o m/sD2在H=76m時:r

有電8.91m3.14 3.5D2和D34256.26則：D2 7.7mV3.145.5'4256.26V3.147

6.8m滿足D1> D>D>2o=2*3.15=6.3m23

為蝸殼進斷面。（2）在H=110m時：max,“4Q『

D9.66m1將各段直徑代入式V-4可計算出VD2u4176.45V=2。83m/s18.92滿足L<V°=774rn/s壓力鋼管的LVTiTi表壓力鋼管的LV計算表6-2水頭H水頭H=76mrH=95mmaxL(m)186186D(m)8.918.91Q(m3s)218.21176.46V3.52.83(m/s)LVTiTi651526.38LTi186186二、蝸殼的二、蝸殼的LV計算CiCi65計算公式如下：1、各段斷面面積圓斷面面積：F2i2、斷面流量：Qi360i3、斷面流速V=Q/Fiii4、相鄰斷面平均流速V=(V+V)/2iii5、斷面中心距a.可由《蝸殼圓形斷面參數(shù)計算表》查的。6、相鄰平均中心距氣=(a_+a_1)/27、各段管長L——a1800iC 蝸殼的L.V.C 蝸殼的LV計算表CiCi水頭(m)水頭(m)H=76rHmax斷面編號12345612345634527021015090303452702101509030斷面面積F.(m)30.3720.9515.3510.174.531.3030.3720.9515.3510.174.531.302斷面流量Qi209.18168.51127.2990.9254.5518.18169.11136.27102.9473.5344.1214.7(n3/s)斷面流速6.698.048.298.9412.0413.995.576.506.177.239.74V.(m/s)11.31相鄰斷面平均流速 7.378.178.6210.4913.026.046.616.978.4910.53廠血/s)斷面中心距6.5946.1415.745.2974.83.1646.5946.1415.74a.(m)5.2974.83.1646.375.945.514.643.586.375.945.514.643.588.346.215.774.863.758.346.215.774.863.7561.4750.7449.7450.9848.8350.3741.0540.2241.2639.59相連平均中心距氣(m)相連平均中心距氣(m)L(m)LVCiCiLVCICI261.76212.49L28.9328.93BiBi將尾水管分成三段計算部分計算如下:5-1分別將錐管段，肘管段,擴散管段定為I,LIL尾水管的尺寸如下表5—3:表53:hhLBDh5 4h36L1hD5310.3520.2511.255.5353.662.7767.1155.44.771、各段面積：1、各段面積：A1已)23.14(477)217.86m22/D、/5.535、2A2^^)23.14()224.05m222A3hB2.77611.2531.21m652AhB5.411.2560.石m5524尾水管段LV的計算表iiL1h3.66m3L1h3.66m3L1弧長12R(3.144 44.&05,R 3.32562、段管長LL1

720.257.15513.3、各進斷面流速計算公式：V m/si4、平均流速iv=v+i尾水管段 LV的計算如表6-4:H(m)H(m)Hr=103.6Hmax=110管段號V.(/s)i12.229.076.983.599.887.345.652.9平均流速七(/s)17.226.54.2810.658.035.29各段管長匕(m)3.666.4113.13.666.4113.1LVBiBi38.9851.4769.363.0341.6756.07IIIIIIIIIIIIi17.8624.0531.24 60.7517.8624.0531.24 60.75LLVBiBi159.75160.77L23.1723.17Bi四、相關(guān)參數(shù)的確定及部分計算公式LV平均流速LV平均流速Vii1oL參考【2】P公式5-6209LV水流慣性時間常數(shù)TgHw——0參考【2】P公式5-8210HH=76m時：r651261.%V0159.7523.17fT18628.931072.51=1.449.8176sswHH=95m時：max526.S212.4V0Tw18628.93899.64160.7723.17=3.78m/ss9.81950.972、水擊波速取a=10m/s3、初選導(dǎo)葉直線關(guān)閉時間T'為導(dǎo)葉機構(gòu)直線關(guān)閉時間，一般為512s,對大容量機組可至15s。關(guān)閉時間Tww可初步選為設(shè)計水頭下的水流慣性時間常數(shù)Tss4倍，查參【3】P233,T=LV/ iiwwgH=1072.51/(9.8176)=1.44s。所以初選T'為6s、7s、8s,依次進行計算，得出0s最優(yōu)解。在設(shè)計水頭下工作時，導(dǎo)葉的初始開度

=1;在設(shè)計水頭下，找到模型轉(zhuǎn)輪綜合特性曲線上的0模型機單位轉(zhuǎn)速與5%出力限制線相交的一個點，該點處的導(dǎo)葉開度即為設(shè)計水頭下的導(dǎo)葉開度，a=25.70在最大水頭下工作時，導(dǎo)葉的初始相對開度°要根據(jù)轉(zhuǎn)輪的特性曲線來確定。具體步驟如下：八Q176.46Q—==

0.894(m3/)11Tax2(H4.2<951Ymax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，該點處 的導(dǎo)葉開度即為最大水頭下的導(dǎo)葉開度，a

=20.901

a則在烈0.81最大水頭下的導(dǎo)葉初始相對開度：如0a0對于最大水頭甩負荷時關(guān)閉時間T可近似按下式計算sHTT%=T'sHsas0

參考【2】P…公式5-1904、管道特征系數(shù)1LV /gHTs) aV/2gH1i05、水擊類型判斷由各工況的、hw

0值6-3頭和設(shè)計水頭下，甩額定負荷時發(fā)生末相水擊。6、最大壓力上升計算2/22】

公式5-22m 213］ ° 首相水擊：2/(1h)參考【2P公式］ ° w 13計算出的還要進行修正， K參考2】P公式5-24),對混流式水輪機取k1.2計算結(jié)果如表max 2146-5所示：5-5水擊壓力計算表參數(shù)參數(shù)計算公式設(shè)計水頭下最大水頭下H7695QQ9.81H218.21176.46maxLVi1072.51899.64vLVv—4.53.78管路特性常數(shù)h2gH3.0182.028ha0a10.81orh3.0811.643水擊類型末相水錘末相水錘導(dǎo)葉關(guān)閉時間T，0s6784.865.676.48T'水管特性系數(shù)LV.9.81HT0.2400.2060.180.1610.1380.1211(首相)1h2100.3280.2760.2380.210.1780.1550.1990.1680.1440.1230.1040.0910.2790.2350.2030.1810.1460.12797.293.8691.43112.2108.87107.07（末相）-2（末相）-2—m2m0.2730.2300.1980.1750.1480.129K1.2maxmaxy壓力鋼管水錘LVTLVmax壓力T蝸殼水錘壓力LVLVCLVC maxHCH(1)HCC尾水管水錘壓LV0.04890.04110.03550.03750.03180.0277力BBLVmax尾水管進流V坐D12.2212.2212.229.889.889.88v3233HHBH21HS8.1777.5857.1595.3884.8464.457B

水輪機的飛逸轉(zhuǎn)速np

308.4r/min則在設(shè)計水頭下的單位飛逸轉(zhuǎn)速:'H（76七氣nn 5159.:'H（76七氣1p11TrYr在最大水頭下的單位轉(zhuǎn)速：r/min:Hq95nnn^JD!308土4.5142.9r/min:Hq951p11Tmax七max在甩負荷的初始階段，轉(zhuǎn)速還未發(fā)生變化在Hr下：nn^ 166.741 <76

586.05r/minH下：nmax 1

nmax

nD-^=yH

max

￥.57.96r/min對轉(zhuǎn)速變化的計算，采用【2】218

P公式一進行列表計算。結(jié)果見下表2-2-5：2-2-5轉(zhuǎn)速上升率計算表參數(shù)參數(shù)計算公式設(shè)計水頭下最大水頭下T'6784.865.676.480.240.2060.180.1610.1380.121b3%3%3%3%3%3%3%GD219383.5819383.5819383.5819383.5819383.5819383.58TTGD n9.759.759.759.759.759.75a2 2TT0.20.5Tbcap0.34630.34630.34630.34630.34630.3463ff11.241.2061.181.1611.1381.121rcs、r2T(10.5)ar2TfT'0.35430.39170.42800.28440.31640.3476n'1n'=VT159.19159.19159.19142.39142.39142.39P1PnnnJn'=n'1f1.851.851.851.851.851.85ne，1Pncc.re0.62760.61080.59520.66180.64570.6308!'(2TTf)c,J1rV-1'0.23430.25390.27220.19580.21370.2308丫Ta1.1max0.25770.27930.29940.21540.23510.2539max結(jié)果分析：T=6、7、8時，尾水管的最大真空度H<9,滿足要求。SB'根據(jù)規(guī)定允許的呻應(yīng)小于55%，蝸殼水錘壓力應(yīng)小于30%。計算結(jié)果表明當T=7s時，呻、'C s'均在允許范圍內(nèi)。同時考慮考慮到T15s,決定取導(dǎo)葉關(guān)閉時間T=7s。'cs表6-5水擊壓力、轉(zhuǎn)速上升計算表H(m)H=153mH=134m流量Q(ms/s)174.59206.493368.193610.25LV4.745.08V0L.水擊波速ahaV/2gH1258.81258.81.992.43w00.5650.714DQ11 2vrDn67.3872n11a01

18.60.702

26.51a—010a0'T'9.83 10.53 11.23 14 15 16sLV9.81HT's

0.228 0.213 0.2 0.196 0.183 0.1721w0

2/(1h)

_ _

_ _ _0.2572/m

0.238

0.222

0.217 0.201 0.188max

1.2

0.308 0.286 0.266 0.260 0.252 0.226LV+LVucLVmaxmGD2n2mTa365N0

0.294 0.273 0.254 0.247 0.239 0.21513.592 13.592.5Tb 0.54.5Tb 0.54 0.54capnD124.7133.2nR11pVHnnen11

1.851 1.850f11.228 1.213 1.2 1.196 1.183 1.17212