【正文】 wT 在對(duì)應(yīng)水頭 iH 下的流量 ，按式 2221 QS 單總 ＋QSh ?? 計(jì)算出損失值 h? 。 則 ? ?? 2222 BBBB VLVL C、擴(kuò)散段 ? 33 BBVL 計(jì)算 平均面積： 2 )( 5563 BhhFB ??? 平均流速：B32 F單QVB ? 擴(kuò)散段的 幾何長度 按 23 LLB ? 估算 則 ? ?? 3333 BBBB VLVL 故 尾水管段 ? BBVL 為： ? ??? ???333333 BBBBBBBB VLVLVLVL 壓力上升值 計(jì)算 （ 1） 平均 水錘波傳播速度 cpa 只按進(jìn)水口至機(jī)組中心線長度考慮。 表 26 各管段 LV計(jì)算表 序號(hào) 名稱 流量 maxQ (m3/s) 長度 iL (m) 流速 iV (m/s) 波速 ia (m/s) iiVL iiaL 1 進(jìn)水口到隧洞末端 2 壓力鋼總管段 3 壓力鋼支管段 4 蝸殼段 5 尾水管直錐段 6 尾水管彎肘段 7 尾水管擴(kuò)散段 （ 1） 進(jìn)水口到隧洞末端、壓力鋼總管和支管段計(jì)算：由已知隧洞洞徑、壓力管徑和流量進(jìn)行計(jì)算。 。 ti lDKGD ? 式中 iD ――定子鐵芯內(nèi)徑， m； tl ――定子鐵芯長度， m。 1)當(dāng)機(jī)組容量占系統(tǒng)總?cè)萘康谋戎剌^大且擔(dān)負(fù)調(diào)頻任務(wù)時(shí)， β max＜ ： 2)當(dāng)機(jī)組容量占系統(tǒng)總?cè)萘康谋戎夭淮蠡驌?dān)負(fù)基荷遠(yuǎn)行時(shí)， β max＜ ： 3)當(dāng)機(jī)組為獨(dú)立運(yùn)行時(shí) ， β max ＜ 4)當(dāng)機(jī)組為 沖擊式水輪機(jī)時(shí)， β max＜ 根據(jù)水輪發(fā)電機(jī)組的現(xiàn)代設(shè)計(jì)制造水平及電力系統(tǒng)的發(fā)展?fàn)顩r，及對(duì)實(shí)際運(yùn)行中出現(xiàn)的一系列機(jī)組飛逸事故及過速工況的詳細(xì)研究，可以認(rèn)為目前將機(jī)組速率上升允許值 β max 提高到 60％ ～ 70％ 也 是經(jīng)濟(jì)合理的。 因?yàn)閴毫ψ兓c轉(zhuǎn)速變化是一對(duì)相互矛盾的兩個(gè)方面，調(diào)保計(jì)算的目的就是如何解決這個(gè)矛盾，而且使其在技術(shù)上經(jīng)濟(jì)上合理。 （一）計(jì)算公式 最大水擊壓力上升率為 ： oHHH 0m axm ax ??? 式中 maxH ――甩負(fù)荷過程中最大水擊壓力（水柱高）， m。 根據(jù)水電站有壓過水系統(tǒng)和機(jī)組特性．選擇合理的調(diào)節(jié)時(shí)間和規(guī)律，使水擊壓力和轉(zhuǎn)速變化率都保證在允許的范圍之內(nèi)；根據(jù)給定機(jī)組的飛輪轉(zhuǎn)矩 GD2和調(diào)節(jié)時(shí)間 sT ，計(jì)算轉(zhuǎn)速變化是否在允許范圍之內(nèi)，或者在給定的轉(zhuǎn)速變化和調(diào)節(jié)時(shí)間的情況下，計(jì)算必需的GD2。 3．進(jìn)水閥的承壓能力選擇 在選擇不同型式的進(jìn)水閥時(shí)，應(yīng)充分考慮進(jìn)水閥的承壓能力，要能夠承受水電站工作水頭及其在緊急關(guān)機(jī)時(shí)，引水管中產(chǎn)生的水錘壓力上升值。則 閥門直徑 fD 可按下式計(jì)算 ?0DDf ? 3 m a x0 67 H??? 式中 fD ――蝴蝶閥 直徑 ， m ； 0D ―― 蝸殼進(jìn)口 斷面 直徑 ， m ； ? ――與水頭有關(guān)的系數(shù)； maxH ――電站最大 靜水頭， m 。 表 2－ 1 閥門類型、閥軸布置方式和操 作機(jī)構(gòu)型式規(guī)定 進(jìn)水閥門類型 代號(hào) 閥軸布置方式 代號(hào) 操作機(jī)構(gòu)型式 代號(hào) 鐵餅型蝴蝶閥 DF 臥軸 W 油壓操作 Y 平板型蝴蝶閥 PDF 立軸 L 水壓操作 C 球形閥 QF 電動(dòng)操作 D 手動(dòng)操作 S 2．進(jìn)水閥的直徑選擇 由于 閘閥及球閥的有效過水面積 沒有 減少，全開阻力系數(shù) 幾乎 為零， 設(shè)計(jì)時(shí)，可取 蝸殼進(jìn)口斷面直徑相同來選擇主閥即可 。 12 二、進(jìn)水閥的型式 電站常用的進(jìn)水閥有蝴蝶閥、閘閥和球閥等。 二、重新估算平均年發(fā)電量 E ，年平均功率 P 和裝機(jī)年利用小時(shí)數(shù) yh 原水能設(shè)計(jì)時(shí)，出力系數(shù) ? 取 ??? 原? 式中： 原? ──原水能設(shè)計(jì)估算的水輪 機(jī)效率 QHP ?? 則： fa?? ?原 平均年發(fā)電量 為 : 原原 EE ??? 年平均出力為 : 8760EP? 裝機(jī)年利用小時(shí)數(shù) 為 : yy PEh /? 三、機(jī)組 主要設(shè)備的投資概算 (本設(shè)計(jì)略 ) 第二章 進(jìn)水閥與調(diào)速器設(shè)備的選擇設(shè)計(jì) 第一節(jié) 進(jìn)水閥的選擇 一、進(jìn)水閥的設(shè)置條件 水輪機(jī)進(jìn)水閥在一些水電站起著上述的重要作用，但是，進(jìn)水閥造價(jià)昂貴，而且增大水電站的土建和安裝工作量，因而在設(shè)置進(jìn)水閥時(shí)，一般應(yīng)符合下列條件： （ 1）聯(lián)合供水方式的電站，應(yīng)在每臺(tái)水輪機(jī)前設(shè)置進(jìn)水閥。 表 1－ 9 尾水管尺寸表 項(xiàng)目 DI D3 D4 h h4 L1 L h5 h6 b B 模型尺寸 原型尺寸 11 第八節(jié) 電站動(dòng)能經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的計(jì)算 按規(guī)范機(jī)型確定后，要確定多年平均電能和裝機(jī)年利用小時(shí)數(shù)。 3．蝸殼單線圖的繪制 由上表計(jì)算結(jié)果，在作圖紙上繪制出蝸殼單線圖。）作為計(jì)算包角，分別計(jì)算出 iQ ， i? ， iR 填入下表 1－ 8中。以金屬蝸殼的尺寸計(jì)算為例，介紹蝸殼型線計(jì)算與繪制。；對(duì)于砼蝸殼一般取 135176。斜線與垂直線的交點(diǎn)水頭即是實(shí)際的水輪機(jī)額定水頭。 繪制水輪機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)綜合特性曲線時(shí)應(yīng)注意： 1．在水輪機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)綜合運(yùn)轉(zhuǎn)特性曲線上，額定水頭應(yīng) 是水輪機(jī)實(shí)際的額定水頭，而不是水電站的額定水頭。 FGG 21?32????????? NNGF nSKG 7 表 1－ 5 機(jī)組方案比較表 方 案 比較項(xiàng)目 方案一 方案二 方案三 方案四 單機(jī)容量臺(tái)數(shù) 水輪機(jī)型號(hào) 適用水頭范圍 H（ m） 模型最優(yōu)單位流量 (m3/s) 模型最優(yōu)單位轉(zhuǎn)速（ r/min） 模型設(shè)計(jì)比轉(zhuǎn)速（ mkw） 模型最高效率（ %） 限制工況單位流量 (m3/s) 限制工況空化系數(shù) 總裝機(jī)容量 Ny (KW) 轉(zhuǎn)輪直徑（ cm） 額定轉(zhuǎn)速 nr（ r/min） 水輪機(jī)飛逸轉(zhuǎn)速 n R(r/min) 發(fā)電機(jī)飛逸轉(zhuǎn)速 nRf（ r/min） 水輪機(jī)額定水頭 Hr（ m） 水輪機(jī)額定流量 Qr(m3/s) 水輪機(jī)額定點(diǎn)效率η（ %） 水輪機(jī)額定出力 Nr(KW) 水輪機(jī)最高效率η max（ %） 額定點(diǎn)單位轉(zhuǎn)速 n11(r/min) 額定點(diǎn)單位流量 Q11(m3/s) 額定點(diǎn)氣蝕系數(shù)σ 水輪機(jī)吸出高度 Hs(m) 水輪機(jī)安裝高程 Z(m) 保證出力 P 保 (KW) 年電能 E(億 KWh) 年利用小時(shí)數(shù) hy(h) 水輪發(fā)電機(jī)型號(hào) 調(diào)速器型號(hào) 主廠房尺寸 (長寬高 )(m) 第六節(jié) 水輪機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)綜合特性曲線的繪制 水輪機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)綜合特性曲線既是水輪機(jī)選型設(shè)計(jì)時(shí)方案分析、比較的依據(jù)，也是水電站運(yùn)行管理、擬 定機(jī)組運(yùn)行方式以及考察機(jī)組動(dòng)力特性的主要依據(jù)，是在機(jī)組運(yùn)行過程中檢查水輪機(jī)運(yùn)行情況的依據(jù)之一。 4．原型水輪機(jī)轉(zhuǎn)速的比較：轉(zhuǎn)速高的水輪機(jī)，其發(fā)電機(jī)尺寸小，重量輕，一方面可以減少設(shè)備的造價(jià)，另一方面有利于減小廠房的平面尺寸，降低廠房的土建投資。在實(shí)際工程設(shè)計(jì)過程中，還需要進(jìn)行電站投資的比較（包含主機(jī)設(shè)備投資、土建投資以及電站總投資），本設(shè)計(jì)過程主要對(duì)機(jī)組的性能和技術(shù)參數(shù)進(jìn)行比較，對(duì)投資部分不作比較。 (cm) 2 rift nCDSl ?(cm)2 　　??pDi ? 6 四、水輪發(fā)電機(jī)的重量估算 水輪發(fā)電機(jī)的重量估算內(nèi)容包括總重量（ Gf）、轉(zhuǎn)子重量（ G）和飛輪力矩 GD2的計(jì)算。 2．定子鐵芯內(nèi)徑 iD ： 3．定子鐵芯 長度 tl 式中： ｎ r— 額定轉(zhuǎn)速 (r/min)， C— 系數(shù)， C=4 106～ 106， Sf — 發(fā)電機(jī)容量，單位 KVA 。 主軸重量 Wz計(jì)算 式： Wz =（ ～ ） Wr 式中：比例系數(shù)按應(yīng)用水頭、主軸是否與發(fā)電機(jī)共用等因素選取，低水頭或共用軸情況下取下限系數(shù)。對(duì)于大中型水電站，下游水位需作方案比較和專題論證。 8．水輪機(jī)安裝高程 式中 ： wZ 為電站的下游尾水位，單位 m。 在最大水頭下的 M? ，需采用用試算法求：即在 最大 水頭下 11n ， 先 試取某一 M? （可得對(duì)應(yīng)的 mQ11 ），效率修正后 M? ? ?? ?? ，代入式ffHD PQ ??111 ? 算得 11Q ，直到 取 得的 mQ11 不大于 5% 11Q 時(shí)，可認(rèn)為兩者在同一點(diǎn)上（即滿足要求） ， 再 取其對(duì)應(yīng)的 M? ，代入上式進(jìn)行計(jì)算出 最大 水頭 的 吸出高度 。若是有兩同步轉(zhuǎn)速，分別計(jì)算出各水頭對(duì)應(yīng)的單位轉(zhuǎn)速，并檢查兩方案的運(yùn)行區(qū)域后，選擇較優(yōu)的轉(zhuǎn)速方案。 2．原型水輪機(jī)最高效率與效率修正值 )( 21m a xm a x ????? ??????? M 式中 1?? —— 水輪機(jī)工藝誤差引起的效率下降值，對(duì)大中型水輪機(jī)取 1～ 2%，對(duì)中小型水輪機(jī)取 2～ 4%；2?? —— 水輪機(jī)異形部件引起的效率下降值，一般取 1～ 3%（中小型水輪機(jī)通常不予考慮） 3．水輪機(jī)轉(zhuǎn)速計(jì)算與選擇 式中， 11110110 nnn M ??? ， 修正條件以下列為準(zhǔn)： ｎ取與計(jì)算結(jié)果接 近的標(biāo)準(zhǔn)同步轉(zhuǎn)速，原則上取相近偏大值；若在兩同步轉(zhuǎn)速中間附近需作進(jìn)一步比較 ，可按下表 1－ 2計(jì)算后比較 。參數(shù)計(jì)算的內(nèi)容和步驟如下： 1．水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪直徑 D1 式中，η f— 發(fā)電機(jī)效率，通常中小型取 ～ ， 大中型取 ～ ； Q11— 對(duì)混流式水輪機(jī)，取限制工況下的單位流量。不同型式的水輪機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行負(fù)荷區(qū)域如表 1。軸流轉(zhuǎn)漿式水輪機(jī)，由于單機(jī)的效率曲線平緩且高效區(qū)寬，臺(tái)數(shù)多少對(duì)電廠的平均效率影響不明顯；而混流式、軸流定漿式水輪機(jī)其效率曲線較陡，當(dāng)出力變化時(shí)，效率變化較劇烈，適當(dāng)增加臺(tái)數(shù)可明顯改善電廠運(yùn)行的平均效率。 笫二節(jié) 機(jī)組臺(tái)數(shù)與機(jī)型的選擇 一、機(jī)組臺(tái)數(shù)的選擇： 1．臺(tái)數(shù)與投資的關(guān)系 臺(tái)數(shù)多，單機(jī)容量小，小機(jī)組單位千瓦造價(jià)高，同時(shí)，相應(yīng)的主閥、調(diào)速器、附屬設(shè)備及電氣設(shè)備的套數(shù)增加，投資亦增加。 在得到上述資料后，需要對(duì)資料進(jìn)行適當(dāng)?shù)男：?；其中重點(diǎn)是校核水電站特征水頭。 機(jī)組類型不同，臺(tái)數(shù)對(duì)電廠平均效率的影響就不同。 4． 2臺(tái)數(shù)與保證出力的關(guān)系 根據(jù)設(shè)計(jì)規(guī)范要求，機(jī)組單機(jī)容量應(yīng)以水輪機(jī)單機(jī)運(yùn)行時(shí)其出力在機(jī)組的穩(wěn)定運(yùn)行區(qū)域范圍內(nèi)確定為原則。 第三節(jié) 水輪機(jī)主要參數(shù)的選擇與計(jì)算 在確定了不同的備選方案后， 應(yīng)對(duì)所有的備選方案進(jìn)行參數(shù)計(jì)算，為水輪機(jī)選擇比較提供依據(jù)。 D1（ cm） — 根據(jù)計(jì)算結(jié)果，可適當(dāng)取大一點(diǎn)，一般是取 5的 倍數(shù)關(guān)系的直徑值 ，也可以采用非標(biāo)直徑 。若 1ma xma x110 11 ???? MMn n ?? 3 ⑵水輪機(jī)實(shí)際工作范圍的校核 分別求出 Hmax、 HW、 Hr、 Hmin 下對(duì)應(yīng)的單位轉(zhuǎn)速，要 求 HW 下對(duì)應(yīng)的ｎ 11Ma與ｎ 11M0 相近， Hmax、 Hmin時(shí)對(duì)應(yīng)的ｎ 11Mmin、ｎ 11Mmax在模型綜合特性曲線圖上，其范圍應(yīng)包含高效率區(qū)。 在 設(shè)計(jì)水頭下的 M? ，可由設(shè)計(jì)水頭下單位轉(zhuǎn)速 rn11 ，作水平線與模型綜合特性曲線交點(diǎn)對(duì)應(yīng)的 M? 。 7．水輪機(jī)實(shí)際的額定流量 rr HD 2111? 式中 ： rH 采用上述（ 6）中的計(jì)算結(jié)果。在初步設(shè)計(jì)階段，對(duì)中小型水電站，若裝機(jī) 1～ 2臺(tái)時(shí)，可按一臺(tái)機(jī)組 50%額定出力時(shí)相應(yīng)的流量所對(duì)應(yīng)的下游水位作為 xwZ ；若裝機(jī)大于 3～ 4臺(tái)時(shí)，可按一臺(tái)機(jī)組滿負(fù)荷時(shí)的流量所對(duì)應(yīng)的下游尾水位作為 xwZ 。 表 13 混流式水輪機(jī)的軸向水推力系數(shù) 轉(zhuǎn)輪型號(hào) HL310 HL240 HL230 HL220 HL200 HL180 HL160 HL120 HL110 HL100 K ～ ～ ～ ～ ～ ～ ～ ～ ～ ～ 表 14 軸流式水輪機(jī)的軸向水推力 系數(shù) 轉(zhuǎn)輪葉片數(shù) 4 5 6 7 8 K 立軸水輪機(jī)總的軸向推力 Fz包含除軸向水推力、轉(zhuǎn)輪重量 Wr和主軸重量 Wz，初步設(shè)計(jì)時(shí)可按下式估算 Fz= Ft + Wr +Wz 水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪重量 Wr計(jì)算式為 混流式： ? ?? ? 3113 100 2 DDW r ????? （ N） （若轉(zhuǎn)論為分瓣轉(zhuǎn)輪，需再增加 10﹪的重量） 軸流式： a x3 DHdW hr ??? （ N），式中 dh 為輪轂比。 由上式求出τ后，應(yīng)校核發(fā)電機(jī)在飛逸狀態(tài)