水轮机调节课程设计.doc

水轮机调节课程设计目 录第一章 调节保证计算1一、电站基本资料1二、确定计算标准1三、确定计算工况2四、计算和确定有关参数2第二章 调节设备选型16一、调速器计算16二、调速器选择16三、调速器尺寸图18第三章 参考文献20第一章 调节保证计算一、电站基本资料 株树桥水电站，位于浏阳河南源小溪河下游株树桥峡谷，地处高坪乡，坝址上控制流域面积564平方公里，占全流域面积的75.3%。以发电，防洪为主，兼顾灌溉，养殖，旅游。水库大坝坝址为硂面板碾压堆石坝，最大坝高78米，坝顶高程171米，坝顶宽8米，正常蓄水位165米，相应库容2.29亿立方米，有效库容1.94亿立方米，总库容2.78亿立方米，多年平均流量17.6m3/s，属大II型水库，多年调节；电站厂房为坝后式，装机容量24MW，保证出力5500KW。多年平均年发电量7260万KWh，年利用小时3025h，在系统中担任调峰调相任务，并可对下游梯级进行调节，经济效益显著。 电站水头：最大水头，平均水头，最小水头。引水隧洞总长481.4米，隧洞直径5.2米，发电引水岔洞，通过三根管径为2m的钢支管与机组相连。正常尾水位100.20m。 水轮机型号：HL220-LJ-140，设计水头Hr=58m，设计流量Q=16.5m3/s，额定出力8.333MW，额定转速：375r/min发电机型号：SF8000-16/3300，额定功率：8MW。二、确定计算标准在调整保证计算中，根据水轮机调速器与油压装置技术条件GBT9652.1-1997，压力升高和转速升高都不能超过允许值。此允许值就是进行调整保证计算的标准。甩负荷过程机组速率上升为式中：为甩负荷前机组的转速，；是甩负荷过程中产生的最大转速，。水轮机调速器与油压装置技术条件GBT9652.1-1997中规定机组甩负荷时最大速率上升在一般情况下不大于55%，大于此值要论证。甩负荷过程中最大压力上升为式中：为甩负荷过程中产生的最大压力，m；为甩负荷前水电站静水头，m。规范中规定甩全负荷时，有压过水系统允许的最大压力上升率一般不应超过表1的数值。表1 最大压力升高限值表电站设计水头（m）100蜗壳允许最大压力上升率70%50%50%30%30%尾水管真空值不超过89m水柱。增负荷时。过水压力系统任何一段不允许发生真空。在没有特殊要求下，调节保证计算只对两个工况进行，即计算设计水头和最高水头甩全负荷时的压力上升和速率上升，并去其大者，一般在前者发生最大速率升高，在后者发生最大水压升高。三、确定计算工况额定水头，额定出力工况，此时甩负荷一般出现最大转速上升。最大水头，额定出力工况，此时甩负荷一般出现最大水压上升。对两种工况进行调节保证计算，当压力上升值和转速上升值均不超过规定范围时取其大者。四、计算和确定有关参数1、各工况下的和（1）尾水管的和根据水电站机电设计手册（水力机械）分册表2-17查得混凝土推荐的尾水管尺寸表及混凝土标准肘管尺寸表，并通过该表计算得出尾水管的基本尺寸如表2、表3中所示：表2 混凝土推荐的尾水管尺寸表2.64.52.721.351.350.6751.821.223.646.33.8081891.890.9452.5481.708表3 混凝土标准肘管尺寸表1.01.02.0150.360.861.0950.60.180.581.891.893.8080.681.6252.071.1340.341.096进口直锥段采用，则尾水管的尺寸图如图1所示。图1 尾水管计算尾水管的当量长度椎管高度，轴管中心线长度，扩散管长度。尾水管当量管的长度计算尾水管的当量过流面积参数 参数 由，且，得，则参数 尾水管的当量过流面积计算尾水管的平均流速由得 因此，（2）蜗壳的和计算蜗壳当量管的长度由于该电站采用金属蜗壳，根据小型水电站机电设计手册（水力机械）分册P64表1-10立轴混流式水轮机的基本数据表，近似完全蜗壳，取蜗壳包角根据水头查水轮机原理与运行P106图6-8金属蜗壳进口流速系数与水头的关系曲线取得:，则进口断面平均流速 进口断面半径 据水电站机电设计手册（水力机械）分册P128表2-16的金属蜗壳尺寸系列，知，蝶形边半径 进口断面中心到水轮机轴的距离 固定导叶外切圆半径 蜗壳系数 蜗壳中心线的长度 蜗壳当量管的长度 计算蜗壳当量管的面积参数 参数 参数 参数 参数 蜗壳当量管的面积计算尾水管的平均流速由得 因此，2、水流惯性时间常数从进口水流断面至水轮机中心，三台机组的一样大，故只计算机来计算分叉管的表4 计算成果表长度面积流量流速引水隧洞481.421.2449.52.341121.9压力水管253.1416.55.25131.25蜗壳6.835.2916.53.1221.3尾水管9.943.5916.54.645.693、机组惯性时间常数估算按水轮机调节P263的公式估算，取，有计算4、水击波速 计算管壁厚度按水轮机机电设备设计手册 （水力机械）分册P208对薄壁钢管厚度的要求，薄壁钢管的计算厚度等于管壁的真实厚度，通常在的范围内，取，有 计算水击波速取，得取 5、初选导叶直线关闭时间（1）按蜗壳允许的最大暂态压力值计算发生末相水击的最小关闭时间 计算按蜗壳允许的最大暂态压力值 取，则= 计算最小关闭时间（2）按允许的机组最大转速上升值计算发生末相水击时的最大关闭时间 计算允许的机组最大转速上升值，取=0.55 计算最大关闭时间根据、的计算结果，可初选、。6、判断水击类型 计算压力输水管的平均流速 压力上升值计算确定压力水管特性系数确定水管特性系数确定水击相长由于采用的导叶直线关闭时间均大于，发生间接水击。对于甩全负荷，则1.5，故最大水击出现在末相。7、进行水击计算（1）初选，则 水管特性系数 引水管道内压力升高率 引水管道内压力升高率的修正值 蜗壳内压力上升率 蜗壳内压力上升值 尾水管内的压力降低率 尾水管内的压力降低值 出现压力降低时尾水管的真空值 （2）初选，则管特性系数 引水管道内压力升高率 引水管道内压力升高率的修正值 蜗壳内压力上升率 蜗壳内压力上升值 尾水管内的压力降低率 尾水管内的压力降低值 出现压力降低时尾水管的真空值 （3）初选，则管特性系数 引水管道内压力升高率 引水管道内压力升高率的修正值 蜗壳内压力上升率 蜗壳内压力上升值 尾水管内的压力降低率 尾水管内的压力降低值 出现压力降低时尾水管的真空值 （4）初选，则管特性系数 引水管道内压力升高率 引水管道内压力升高率的修正值 蜗壳内压力上升率 蜗壳内压力上升值 尾水管内的压力降低率 尾水管内的压力降低值 出现压力降低时尾水管的真空值 列出计算结果如下：表5 压力上升（或下降）值计算成果表蜗壳内压力上升尾水管压力下降90.25780.29310.35180.339619.69610.01220.70612.3698100.23200.26050.31260.301717.50110.01080.62742.2911110.21090.23430.28120.271515.74420.00970.56442.2281120.19330.21290.25550.246714.30660.00880.51292.17668、计算最大转速上升率接力器不动时间 机组惯性时间常数 参数 （1）初选，则由，解得（2）初选，则由，解得（3）初选，则由，解得（4）初选，则由，解得列出计算结果如下：表6 转速上升值计算成果表C91.25788.050.58680.61310.38950.4285101.23208.050.62550.59790.40780.4486111.21098.050.66330.58370.42520.4677121.19338.050.70020.57050.44170.4859初步选，此时。9、按最大水头计算蜗壳内的最大压力上升值计算最大水头下的流量计算平均流速长度面积流量流速引水隧洞481.421.2437.651.77852.0780压力水管253.1412.554.00100.0000蜗壳6.835.2912.552.3716.1871尾水管9.943.5912.553.5034.7900水流惯性时间常数确定在最大水头下相应的直线关闭时间确定管道特性参数压力上升计算由，查水轮机调节P258图6-7水击类型判别图知最大水击压力发生在末相。由于，故此关闭规律符合相关规范标准的要求。由此选，此时，=83.36m。第二章 调节设备选型一、调速器的计算中小型反击式水轮机调节功的计算根据水轮机调速器及油压装置系列型谱标准JB T 7072-2004，有表7的分类，知此调速器属中型调速器，则接力器调速柜和油压装置是组合在一起的。表7 调速器分类表小型调速器中型调速器大型调速器接力器调速功(W)范围(调速功单位：)二、调速器的选择对于PID调速器，由横田浩推导公式得调速器参数为：根据水轮机调速器与油压装置技术条件GBT9652.1-1997，微机调速器（并联PID）的调节参数和调整范围为：比例增益：020倍；积分增益：010(1/s)；微分增益：05.0(s)。根据调速器参数和调节功调范围选择YWT-3800型调速器。YWT-3800调速器采用机电合柜的型式，其电气部分置于柜体上半部分，机械部分置于柜体下半部分，整个柜体置于回油箱上，与油压装置构成一体化。由此选择调节功接近的YWT-3800型调速器。其参数为：型号 YWT-38000 接力器容量（N.m） 38000 最短关闭时间（s）2 调速轴最大转角 45 永态转差系数bp(%) 09 转速调整范围（%） 10 比例增益Kp 025.49 积分增益KI（空载）（s） 010 积分增益KI（负载）（s） 010 微分增益KD（s） 024.49 工作电压（V）AC220 DC220、110、48 额定油压（MPa） 2.5 外形尺寸（长宽高）（mm） 210016852559附：调速器尺寸图标注：外形尺寸（L1b1h1）（mm）210016852559因YWT-3000的尺寸与YWT-3800的尺寸差不多，所以选用YWT-3000的尺寸。第三章 参考文献1 沈祖诒. 水轮机调节（第三版）. 北京：中国水利水电出版社，19982 蔡燕生. 水轮机调节. 郑州：黄河水利出版社，20033 于波，肖惠民. 水轮机原理与运