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 院 系： 城南学院 专 业：热能与动力工程（水） 班 级: 水动0901 姓 名： 曹亚 学 号： 200981250418 指导教师： 饶洪德 目 录 第一章 基本数据3 一 水电站基本数据3 二 水轮发电机估算4第二章 调节保证计算5 一 计算和确定有关参数5第三章 调节设备选型18 一 调速器计算18 二 调速器选择21 三 油压装置的选择21 参考文献22 第一章 基本数据 一 、水电站基本数据 一、基本资料D水电站的主要任务是发电，并结合水库特性、地区要求可发挥水产养殖等综合效益。电站建成后投入东北主网，担任系统调峰、调

2、相及少量的事故备用容量，同时兼向周边地区供电。该电站水库库容小不担任下游防洪任务。该电站有关动能指标为： 水库调节性能 日调节 装机容量 140 MW 最大工作水头 39.0 m 加权平均水头 37.0 m 设计水头 37.0 m 最小工作水头 35.0 m 平均尾水位 202.0 m 设计尾水位 200.5 m 压力钢管长度 120m，水轮机型号：HL240-LJ-560，水轮机额定出力P=72916.7KW，额定转速，飞逸转速，吸出高度，设计流量。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

3、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）<4040100>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

4、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。二 、水轮发电机估算一、确定主要尺寸（1）极距（cm）和飞逸速度Vf的确定查电气一次p178得： 50.8cm上式中: P为发电机磁极对数，可从水轮机原理P268查得：P=38;K1为系数810，

5、取9 （2）定子内径的确定 （3）定子长度lt(cm)的计算 上式中：C-发电机利用系数， 见水电站机电设计手册P160表3-5取(4) 定子铁芯外径 当时,当此处故故：发电机的型号为SF6040/790第二章 调节保证计算 一 、计算和确定有关参数一、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肘管型式适用范围2.84.52.721.351.350.6751.821.22混凝土肘管混流式（）表3 混凝土标准肘管尺寸表D1D3D

6、4hh3h4h5h6L1LB55.65.727.5615.686.557.566.833.7810.1925.215.23计算尾水管的当量长度锥管高度，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

7、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蜗壳的平均流速由得 因此，2、水流惯性时间常数三台机组的一样大，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41.94100.10230.552.31096.883、机组惯性时间常数估算据水电站机电设计手册（水

8、力机械）分册P165,表3-11，由水轮机：转速 和，=72916.7KW查得有发电机型号为SF72.5-40/854 =350504（）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

9、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，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

10、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60.2270.25380.30460.24489.05630.05962.20584.237680.1700.18510.222

11、10.17856.60340.04351.60833.6402100.1360.14560.17470.14045.19400.03421.26503.2969120.1130.12200.14390.11574.27960.02821.04233.07428、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C91.2278.430.40710.75290.31820.3500101.1708.430.48900.71720.36850.4053111.

12、1368.430.56630.68640.41360.4549121.1138.430.64060.65940.45440.4998初步选，此时。9、按最大水头计算蜗壳内的最大压力上升值(1) 计算最大水头下的流量(2) 计算平均流速长度面积流量流速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(3) 水流惯性时间常数(4) 确定在最大水头下相应的直线关闭时间(5) 确定管道特性参数(6) 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

13、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，=49.3m。电第二章 调节设备选型一 调速器的计算1、 调速器工作容量的选择（1） 调节功的计算中小型反击式水轮机调节功的计算：显然，本电站需大型调速器，故上述中小型水电站调速器调节功估算已不适用，可用下式估算大型调速器调节功：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，知此调速器属大型调速器，则要分别选择接力器、调速器、和油压装置。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：)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

14、置技术条件GBT9652.1-2007-T，微机调速器（并联PID）的调节参数和调整范围为：比例增益:0.5-20倍；积分增益：0-10(1/s)；微分增益：0-5.0(s)。由于机组承担基荷任务，且较小，故采用PI调节规律的调速器，由水电站机电设计手册-水力机械P-286，6-11公式得调速器参数为：根据调速器参数和调节功调范围由水电站机电设计手册-水力机械P-267选择DT-150型调速器。基本参数：永态转差系数bp(%) ：010 暂态转差系数bt(%) :060缓冲时间常数范围Td(s):215 频率整定范围（Hz）:调速器或飞摆灵敏度：46mA/%主配压行程S（mm）: 回复轴最大转

15、角:导叶回复行程（mm）:200 工作油压:25电源：直流48V（220V）,永磁机交流110V凸轮最大转角：凸轮最大轴向位移（mm）:110桨叶回复行程（mm）:160机械柜尺寸:750×950×1375基础板尺寸: 1200×1500电气柜尺寸:550×804×2360调速器尺寸图见附图2（2）大型调速器容量的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（结果见下节）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取油压装置额定压力为2.5Mpa，采用标准导水机构并用两个单缸接力器操作时，每个接力器

16、的直径dc可近似按下式计算： 其中导叶数z由水轮机原理与运行p123表7-1得z=24，再由水轮机调节P240表7.4得：=0.03，由水轮机原理与运行p68,表4-1取0.26。当油压装置的额定油压为4.0MPa，则接力器直径为： 所以导叶接力器直径选取550mm。 接力器最大行程可按经验公式求取：双直缸接力器的总容积：二 调速器的选择初步选择主配压阀直径时，可按下式计算：故选取主配压阀直径为150mm，比油管直径大一个等级,型号为WDT-80-2.5-××A。三 油压装置的选择 油压装置分为分离式和组合式，本电站选择分离式，即压力油箱与会油箱分开。额定压力为4.0MPa

17、，压力槽容积分为两大部分：空气所占的部分，约为2/3，其余为油。1、 油压装置的选择本电站油压装置额定油压选取40公斤/厘米²2、 压力油罐容积的计算 可按下式：其中：压力油罐总容积（m³）； 调整过程所需容积（m³）； 事故停机过程所需容积（m³）； 压力油罐所需空气容积（m³）； 事故关闭后的余存容积（m³）； 它们可用下面式子求出： 其中：导水机构接力器总容积（m³）； Z接力器往返行程次数； 关闭过程时间（s）； 一台油泵输油量（m³）； q调速器系统总漏油量（m³）； 3、油泵输油量的计算 对混流式有:参考文献 1 程远楚，张江滨. 水轮机自动调节.