水轮机调节课程设计

1、水轮机调节课程设计水轮机调节课程设计题目：水轮机调节保证计算城南学院院系：业：热能与动力工程（水）专 :水动0901班级名： 曹亚姓 学号：200981250418饶洪德 指导教师：-1-1水轮机调节课程设计录目3基本数据第一章3水电站基本数据 一4水轮发电机估算 二5调节保证计算第二章5 一计算和确定有关参数18调节设备选型第三章18调速器计算21 调速器选择21油压装置的选择22参考文献-2 -2水轮机调节课程设计第一章基本数据水电站基本数据、一、基本资料地区要求可发挥水产养殖等并结合水库特性、D水电站的主要任务是发电, 调峰、综合效益。电站建成后投入东北主网, 下游防洪任务。量，同时兼向

2、周边地区供电。 性能调相及少量的事故备用容担任系统 该电站有该电站水库库容小不担任 关动能指标为：日调节水库调节140 MW39.0 m37.0 m37.0 m35.0 m202.0 m装机容量最大工作水头加权平均水头设计水头最小工作水头200.5 m平均尾水位设计尾水位，水轮机额定出力，水轮机型号：HL240-LJ-560压力钢管长度120m，额定转速P=min/3177.rn min.2r/n 7872916.7KW，吸出高度，飞逸转速pr3m1.69H sm/230Q .55，设计流量。确定计算标准件技术条装调速器与油压置轮根计调在整保证算中，据水机此允许值就是进行调压力升高和转 速升高

3、都不能超过允许值。GBT9652.1-1997,整保证计算的标准。 甩负荷过程机组速率上升为nn。maxnonn是甩负荷过程中产生的最大为甩负荷前机组的转速，；式中：minr/o-x中规定机GBT9652.1-1997转速，水轮机调速器 与油压装置技术条件。min/r- 3 -3水轮机调节课程设计组甩负荷时最大速率上升，大于此值要论证。在一般情况下不大于55%ax甩负荷过程中最大压力上升为 H Homax Ho为甩负荷前水电站静式中:为甩负荷过程中产生的最大压力，Hl HH0max。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水头，m应超过表1的数值。表1最大压力升高限值表电

4、站设计水头（m40100 40>100蜗壳允许最大压力上升率50% 7030% 50%-<30%过水压力系统任何一段不允许发生增负荷时。9m水柱。尾水管真空值不超过8 即计算设计水头和调节保证计算只对两个工况进行， 真空。在没有特殊要求下,般在前者发生最大并去其大者，最高水头甩全负荷时的压力上升和速率上升,速率升高，在后者发生最大水压升高。二、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。当压力上升值和转速上升值均不超过规水轮发电机估算二、一、确定主要尺寸的确定cm）和飞逸速度V (1)极距 t(

5、f 得：电气一次p178 查S7.72916n K 9 50.8cmMi 945.038P22 - 4 - 4水轮机调节课程设计查得：为发电机磁极对数，可从水轮机原理P268上式中：P9，取P=38；K为系数810ism/.8 96v K52 1.9 50.ff 2 ）定子内径的确定（850. 382p 2 cm56D 1229.i （cm）的计算 3）定子长度 l （tS7.72916cm14 112. It226 1229 10578.2.565 nCD®发电机利用系数，上式中：C- 6取 见水电站 机电设计手册P160表3-5105.5定子铁芯外径（4）,时 当 1.2D n

6、166.7rpmD iea 当 D Dn 166.7rpmiae 故此处rpm.7 n79 166cm.1290520.8 .121.2 1229.56+ 5DD eia40/790 故：发电机的型 号为SF60调节保证计算第二章、计算和确定有关参数一和一、各工况下的L VLiiiL （1和）尾水管的VLiii查得混凝土推荐的尾2-17 （水力机械）分册表水电站机电设计手册根据并通过该表计算得 出尾水管的基本尺寸如水管尺寸表及混凝土标准肘管尺寸表，中所示：2表、表3水轮机调节课程设计混凝土推荐的尾水管尺寸表表2h/D1L/D1B/D 51D/D 14Dh/41h/D61DL/11Dh/15肘管

7、型式适用范围2.84.52.721.351.350.675 -.821.22混凝土肘管DD 混流式（）213混凝土标准肘管尺寸表表D 1D 3D 4hh 3h 4h 5h 6L1LB55.65.727.5615.686.557.566.833.7810.1925.215.23L计算尾水管的当量长度de。轴管中心线长度，扩散管长度锥管高度，m.2L 25论尾水管当量管的长度de ）（m2 41.946.55 10.19 25. L h LL任追计算尾水管的当量过流面积deh455. 6423）（m 0.26 e 参数1 72. 5 5.dd®423LLdLL 仆证 参数 1090 0.

8、426 0.534. e2dddAd22222 19.72105 42378. 178 0.109. 178 0.426 1. 0.53472.718514 32.3. 2 ）.076（m 0hh 6530 0tan.30.K tanOk tan tan 0 由，且，贝9，得 121222L1 1kL 2 参数 1 lne 3hkbB322.30 2510. ）2 ）083（m. ln1 055.6. .300. 15121814 - 6 -6水轮机调节课程设计尾水管的当量过流面积 Ade2de）mA 100.10（de419.26 0.076 0.0830 ee e0.312计算尾水管的平均

9、流速VB3 由得 sm/Q 230.5555Q230. ）sm/ v 2.31（B10A100.de 2） 88.（msLV 41.94 2.31 96 因此， bb L 和 2）蜗壳的（VLiii 计算蜗壳当量管的长度Lwe （水力机械）由于该电站采用金属蜗壳，根据小型 水电站机电设计手册 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1-10分册P64表？ 360 0金属蜗壳进口流速6-8查水轮机原理与运行P106图根据水头m 37Hr系数与水头的关系曲线取得：，则9.k 0进口断面平均流速 ）m/s 0.9 37 5.474（ vkH r0? F55Q360.2302。）.51（

10、 m 6 进口断面半径j? 4743605.V3600的金属蜗壳尺寸（水力机械）分册 P128表2-16据水电站机电 设计手册m10.0D 系列，知，m175K 0.aD010.a）m 5.1（ K 0.1r蝶形边半径d22进口断面中心到水轮机轴的距离a22- 7 -7水轮机调节课程设计9161 o05C 3.蜗壳系数 2222511 1.5 1 1.5 6. aa 诳 r22 ooao 蜗壳中心线的长度r L aw0C3C2222 20 25.2 ) 2( 5.0 m56. 90 053 w)28L .45(m蜗壳当量管的长度 we22计算蜗壳当量管的面积 Awe11328 0c .参数05

11、C3. 参数 45 22x . °°r20. 52a 参数8111. b 05.3C2 2 xcb22 0 ln b bcx 参数01e32 bcxc022 81145.10.328 2.2 2|n.81145 10.328 2. 18113811.45 10.328 2.0.32822)(m 0.072 cxb2 0 ln 参数 _ 2e2bcxb cx c 00811.45210.328 2 2)m.115( In 1 2A 蜗壳当量管的面积 we22 L445. 4 282w )10(m. A 150 we 5 11510720. r .21eae- 8 - 8水轮机

12、调节课程设计计算蜗壳的平均流速VC3得由s/.55mQ 23055230.Q )s537v (m/ 1.C10150.Awe 2) 73(ms .451.537 43丄V 28 因此，cc 2、水流惯性时间常数Tw #LVLV1三台机组的一样大，故只计算机来计算分叉管的计算成果表表4LV)(mL长度2面积)A(m3 流量)/sQ(mr流速)m/sv(p2sm/ LV()压力水管12078.54230.552.94352.8蜗壳28.45150.10230.551.53743.73尾水管41.94100.10230.552.31096.88)m41(88 493.43352.8 .73 96.L

13、VVL41493. j ）s1 .36 T （w3781Hg 9.T、机组惯性时间常数 3a2GD估算，由水轮机：转3-11 （水力机械）分册P165,表据水电站机电设计手册P =72916.7KW 查得有 速和，mi nr/ n177.3mi n2.r/ n 78op©mkN GD 发电机型号为SF72.5-40/854（）=350504T计算 a222nGD79 350504 0）43（s T 8.a725003580 3580P。、水击波速4a 计算管壁厚度-水轮机调节课程设计对薄壁钢管厚度的分册P208按水轮机机电设备设计手册（水力机械）110的范等于管壁的真实厚度在要求，薄

14、壁钢管的计算厚度，通常020050D 10 围内，取，有 _ _ 50D1 ）m 0. 14 7 （_。50 计算水击波速a2426cmkgE 2.1 10/取，得，cmkgE 2.1 10/014351435）/s.51a（ m 1163DE4101 .20 1501E6101 2.1000a /s）（m 取T、初选导叶直线关闭时间 5fT计算发生末相水击的最小关闭时间（1）按蜗壳允许的最大暂态压力值H1fcH计算按蜗壳允许的最大暂态压力值c H 取 =，则5 0. m.5 37 H 551 0.5 1皿 计算最小关闭时间Tf12仙）12（s 4.Tf139.5 H55-Hmaxc T计算发

15、生末相水击时的最大关闭时间）按允许的机组最大转速上升值（22f =0.55，取 计算允许的机组最大转速上升值 T计算最大关闭时间2f98.0.55 12 TKT 2.88.43 2订丁 根据的计算结果，可初选、ss,1210s,6 Ts8ff、判断水击类型6- 10 -10水轮机调节课程设计v 计算压力输水管的平均流速_ ）m 493.41（73352.8 43. 96.88L).39(m28.45 41.94 190L 120 压力上升值计算确定压力水管特性系数_ 59 2.va1000 813. 37.18 2gH2 9确定水管特性系数T361.w_ TTff确定水击相长tr1202 2

16、L )st 0.24(rIOOOaT，发生间接水击。对于甩全负荷由于采用的导叶直线关闭时间均大于 trf 1 ，故最大水击出现在末相。，J则0 5.1813.0、进行水击计算7，则(1)初选sT6f36361.1 227 0. 水 管特性系数6Tf 引水管道内压力升高率m227.022)( 4 25380.0.227 0227. 4 .0 m222. 1引水管道内压力升高率的修正值8322. 430 .060.51 maxmamx 蜗壳内压力上升率 "11-11水轮机调节课程设计V LLV738 43.352.cttc 24483046 0. 0.maxc41.493LV蜗壳内压力上

17、升值H H H)m3 9.056( 0.2448 37®cc VL 8896.bb 659 0.0 .00 0.346尾水管内的压力降低率 BxamB41493.LV尾水管内的压力降低值H H H )205(m8 0.0596 37 2.b0bb出现压力降低时尾水管的真空值HB22V5922 69m) 1.2 .2058 4.2376( H H Hbbs81.2 9g2 ( 2)初选，则sT 8f361.361. 170 0 .管特性系数8Tf引水管道内压力升高率 m1700.22) (4 1851. 170 0.1700 40.m222 1. 引水管道内压力升高率的修正值2221

18、0.1.2 0.1851 maxmxma蜗壳内压力上升率C V LLV 73 CTCT 2448 0 . 0.3046 maxc41493.LV H H H 蜗壳内压力上升值m3(6.4)60 0.2448 37 c0cc VL88.96bb0435 0.0 .2221尾水管内的压力降低bbs819. 2g2- 12 -12m(.608)3. 00435 37 Ibobb出现压力降低时尾水管的真空值HB22V592.2 69 1.). 16083 36402(mH H H 水轮机调节课程设计，贝9( 3)初选s10T f361.1.36管特性系数136.10Tf 引水管道内压力升高率m 136

19、.022) (4 1456.136. 4 00.136 0 m22引水管道内压力升高率的修正值21.645 17.20.1 0.174 maxmaxm 蜗壳内压力上升率 C VLV L7343.352.8 cctt 1404 0. 0.1747 maxc41493.LV蜗壳内压力上升值H H H m(5.10)94 0.1404 37 cocc VL 88.96bb 230.04 0.17 47尾水管内的压力降低率BxaBm41493.LV尾水管内的压力降低值H H Hm65( .0342)0 371.2 Obobb出现压力降低时尾水管的真空值HB22V592.2 .69).2969(m 1

20、1.2650 3 H H H bbs819.2 g2s 12T 4)初选,则(f36.1.361 113 . 0 管特性系数12Tf引水管道内压力升高率 m 1130.22)(412000.0.113 4 0.113_ m2221. 引水管道内压力升高率的修正值000.12 0. 01441.2 maxmxma蜗壳内压力上升率C VLLV 73. 438352.cctt 1157.1440. 00maxC41.493LV- 13 - 13水轮机调节课程设计蜗壳内压力上升值H H H )2796(m1157 37 4. O.cocc VL 88.96bb28.02440 0 0.1 尾水管内的压

21、力降H HH ）m3.042（ 0.0282 37 Ibobb出现压力降低时尾水管的真空值HB22V592.2691m）. 1.0423 3.0742（H H Hbbs819. 2g2 列出计算结果如下：5压力上升（或下降）值计算成果表表)sT(fmmax蜗冗内压力上升尾水管压力下降C)(m HcB)(m Hb)H(mB60.2270.25380.30460.24489.05630.05962.20584.237680.1700.18510.22210.17856.60340.04351.60833.6402100.1360.14560.17470.14045.19400.03421.2650

22、3.2969120.1130.12200.14390.11574.27960.02821.04233.0742、计算最大转速上升率8S450.T接力器不动时间q222nGD79 350504 机组惯性时间常数o).43 (sT 8a72500 3580P3580n3.17711。参数 242. ne79nms6T( 1)初选，贝U f227.10.227 1 f 1fTT 29227 .451. 20fq 4071. 0 由，解得 yy 5. 4382 . 10)2T.0 1(5yya- 14 -14水轮机调节课程设计117529. 0 C 40710. 1y 1124 2.1 rr CT f

23、T)(2 75290 9. 2 0.45 1.227fq1 1 3182. 1 1 0t438.1 1.3500.3182 0 1.1 O.max )初选，贝U( 2sT 8f170 1. 1 0.0.170 1ffT 2T8.170 2 0.45 1fq 由，解得 4890.0 yy 51 0. 8.43 2)2T(1 50117172 . 0 C 4890.0 1y 1124 2.1n e C (2TfT) 71720 1.170 8. 2 0.4®11 3685. 11 0T43.& 1 1.4054 0.3685 0. 1.1maxs10T 3)初选，贝U( f566

24、6. 0由，解得1361.136 1 0 f 1fT2T 10 .136 2 0.451fq yy51 0.43 .2 8).5012T( yya116864 . 0 C 56660. 1y 11 2.241n e C) fT2(T 6864 0 451.136 10. 2O.fq1141360. 1 1T43.8a 1 .14549 10.41360.仏心2 T ()初选，贝U 4f- 15 - 15水轮机调节课程设计1130.113 1. 1 1f fTT 212113 .45 1.2 0fq 由，解得 6406. 0yy 5.12 8.43 0)5 0.T2(1yya116594 0.

25、C 64060. 1y 1124 2.1 n e C)2T fT( 65940 12. 0.45 1.1332q 1 1 4544 1 . 1 0T438.a1 1.4998.4544 0 1.1 O.max列出计算结果如下：6转速上升值计算成果表表)T(sffTayCmax91.2278.430.40710.75290.31820.3500101.1708.430.48900.71720.36850.4053111.1368.430.56630.68640.41360.4549121.1138.430.64060.65940.45440.4998%9849. s12T。此时初步选maxf、按

26、最大水头计算蜗壳内的最大压力上升值9(1)计算最大水头下的流量QminP70000o)ms/ 90.32( Q min39 .81H9.819max计算平均流速V)(mL长度2面积)A(m3 流量)s/(Qmr流速)m(/ss2sm/ LV()压力水管12078.5490.321.15138.00蜗壳28.45150.1090.320.60217.13尾水管41.94100.1090.320.90237.83-16 - 16水轮机调节课程设计LV8317.13 37.138 . ).013(m/sv1 94 41.L120 2845 水流惯性时间常数 “ LV96.192)s .504T (

27、0w39.81 9gHmax t 确定在最大水头下相应的直线关闭时间fa45mo)(s6 1) T1 (T 1) 5.64 1 (ff548aaxo (5)确定管道特性参数1000 va1.013 3241.39 2gH2 9.8仏丁36.1 w241 0 . 645.Tf 压力上升计算(6)水击类型判别图知最大水击压力发，查水轮机调节P258由图6-751.1 0生在末相。 241.0222718. 4) 0(.241 0 .(241 0 4)m223261. 0.20 1.2 .2718 1mmax V VLL13. 17138.0tct 2622 . 0.3261 0maxc96192L

28、V. )10.2258m( H.H 02622 39 maxcc)(2258m 3910.2258 49.HHHCmaxCmax HH)87(mH ，故此关闭规律符合相关规范标准的要求。由于，VCCmaxC H % 9849.S T12，此时。由此选=49.3m , maxcmaxf 电-17 -17水轮机调节课程设计调节设备选型第二章调速器的计算一调速器工作容量的选择、1调节功的计算(1)中小型反击式水轮机调节功的计算：1105578N m)(N m)30000(A88 (200.故上述中小型水电站调速器调节功估算已不适显然，本电站需大型调速器，用，可用下式估算大型调速器调节功：)m(20K

29、g 5.6 99559. 30QHD30 230.55 37 Wn7,有表根据水轮机调速器及油压装置系列型谱标准JB T 7072-2004和油压装置。知此调速器属大型调速器，则要分别选择接力器、调速器、的分类，调速器分类表表7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m 1000KgW单位：（mKg ）m 7500Kgm W 1000KgmKg W 7500PID调速器，由横田浩推导公式得调速器参数为：对于T438.a96.48 0 K0.8.p36.T1wT43.8a09. 1 K 0.240.24 ©36.1Tw28.43 227T 0. 8.0K .27 aD

30、微机调速器，水轮机调速器与油压装置技术条件 GBT9652.1-2007-T根据PID （并联）的调节参数和调整范围为：K。5.0（s）:0-积分增益倍；：10（1/s）;微分增益0-:0.5-20比例增益KKpdiT调节规律的调速器，由水电PI较小，故米用由于机组承担基荷任务，且w- 18 - 18水轮机调节课程设计P-286, 6-11公式得调速器参数为：站机电设计手册-水力机械44 5.T 4 1.36 T4WdT36.1wt43T8.a选-水力机械 P-267根据调速器参数和调节功调范围由水电站机电设计手册择DT-150型调速器。基本参数：60暂态转差系数bt（%） :010 永态转差

31、系数bp（%） : 0750 : 频率整定范围（Hz）缓冲时间常数范围Td（s）:21546mA/%调速器或飞摆灵敏度：?6025回复轴最大转角S （mm）:主配压行程2）/cm（Pkg:25工作油压:200导叶回复行程（mm） 011OV ），永磁机交流电源：直流48V （220V?120凸轮最大转角：110 mm）凸轮最大轴向位移（：160mm）桨叶回复行程（1375 :750X机械柜尺寸950X1375h ）（mm）:750 950bhl b n1500基础板尺寸：1200X儿B（mm2360 X :550电气柜尺寸X 804）mm（ MN H2调速器 尺寸图见附图（2）大型调速器容量的

32、计算 主配压阀直径的选择调速器初步选择主配压阀直径时，按下式计算 V4 （结果见下节）（md vTs按计算结果选取与系列直径相近且偏大的主配压阀直径导叶接力器的容积计算-19 -19水轮机调节课程设计，采用标准导水机构并用两个单缸接力器取油压装置额定压力为2.5Mpa可近似按下式计算：操作时，每个接力器的直径dcb 0m53526 39 0.H 0.03 5.6 d 0D.-x1cD 1,再由水轮z=24由水轮机原理与运行p123表7-1得其中导叶数zb 0取4-1由水轮机原理与运行机调节P240表7.4得：p68,0.03，表=_ Di 0.26。，则接力器直径当油压装置的额接力器最大行定油压为 4.0MPa为：dc52:m d1.05 0.d540 同所以 d'c = 0.54m550mm所以导叶接力器直径选取 Y可按经验公式求取:程 max 心.:* 】.工儿：.“：I 上_；: 6 -：芦£心1双直缸接力器的总容积：2'2 d540 0.3cm03550. 0V .0776 Y maxsg22二 调速器的选择 初步选择主配压阀直径时，可按下式计算：V40355. 04sgm153670 d.84vT sW