【正文】 心線長(zhǎng)度（按四個(gè)限象計(jì)算），由于蝸殼并不是全部串聯(lián)在管路中。則水流慣性時(shí)間常數(shù)為： (s)式中　。圖22 水擊類型判別圖壓力管道末端的壓力上升值為：蝸殼末端最大壓力上升值為：尾水管中最大壓力降低為：尾水管中最大的真空度為：式中：為水輪機(jī)的吸出高度；為尾水管進(jìn)口流速，應(yīng)與為同一時(shí)間內(nèi)的最大值，為方便計(jì)算，可似近把取為關(guān)閉初始時(shí)尾水管進(jìn)口流速的。1．中小型調(diào)速器的調(diào)速功計(jì)算公式：2．大型水輪機(jī)導(dǎo)葉接力器的調(diào)速功： ()式中：K—系數(shù)，對(duì)軸流式及混流式水輪機(jī)，當(dāng)D1＞3m時(shí)，可取K=；對(duì)混流式水輪機(jī)，當(dāng)D1＜3m時(shí)，可取K=。對(duì)稱形導(dǎo)葉用于水頭低于40 m，具有混凝土蝸殼的軸流式水輪機(jī)。此外，近年來生產(chǎn)的電調(diào)大多數(shù)為PID型調(diào)節(jié)規(guī)律，微機(jī)型和集成電路改進(jìn)型的電液調(diào)速器都屬于PID型調(diào)速器。相關(guān)數(shù)據(jù)列入表3—1。3．主閥接力器的充油量：具體可查有關(guān)產(chǎn)品目錄或設(shè)計(jì)手冊(cè)求取。4．事故排油池：事故排油池的容積應(yīng)能夠在事故狀態(tài)時(shí)容納所有油槽的油量，因此它是總?cè)莘e之和，數(shù)目為一個(gè)。對(duì)凈化機(jī)組用油取4～6h，對(duì)變壓器用油取12～16h。因水電站的透平油用油量不超過上述值，故透平油系統(tǒng)一般都設(shè)在廠內(nèi)。容積大時(shí)可更多些。2．壓力濾油機(jī)的選擇考慮到壓力濾油機(jī)更換濾紙時(shí)間，其生產(chǎn)率按降低30%計(jì)算，則其生產(chǎn)率為（四）供油管徑、管材的選擇1．管徑：供油管主要包括支管和干管。其中高壓供氣對(duì)象包括油壓裝置供氣、氣動(dòng)開關(guān)供氣等；低壓供氣對(duì)象包括油壓裝置制動(dòng)用氣、風(fēng)動(dòng)工具與設(shè)備吹掃用氣、機(jī)組檢修圍帶用氣、機(jī)組調(diào)相用用氣、主閥止水圍帶充氣以及防凍吹冰供氣等。式中：－貯氣罐容積，；－貯氣罐額定壓力，；－由于油面上升后需要補(bǔ)氣的容積，；－壓力油罐內(nèi)徑，；－油面上升的高度，＝～；－漏氣系數(shù)，；＝～。式中：—儲(chǔ)氣罐容積，；　　?。慌_(tái)機(jī)組制動(dòng)一次耗氣量，；—全廠同時(shí)制動(dòng)的機(jī)組臺(tái)數(shù)；－制動(dòng)前后允許貯氣罐壓力降，～；－大氣壓力。若：QK制動(dòng) ≥QK風(fēng)動(dòng)，滿足要求；反之，則取風(fēng)動(dòng)工具用氣量來選擇空壓機(jī)。耗氣量很小，不需設(shè)專用設(shè)備，可根據(jù)電站的具體情況，從主廠房?jī)?nèi)的各級(jí)供氣系統(tǒng)直接引取，或經(jīng)減壓引取。3．在一個(gè)壓縮空氣系統(tǒng)中，至少應(yīng)設(shè)置2臺(tái)空壓機(jī)，其中1臺(tái)備用。第五節(jié) 技術(shù)供水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算一、供水對(duì)象及用水量計(jì)算(一)水輪發(fā)電機(jī)空氣冷卻器冷卻水量發(fā)電機(jī)在運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的電磁損耗（包括銅損、鐵損、勵(lì)磁損耗和附加損耗等），使線圈與鐵芯的溫度升高。(二)推力、上導(dǎo)、油冷卻器用水量(有兩種計(jì)算方法)1．推力軸承冷卻器用水量推力軸承油冷卻器用水量按下式計(jì)算：式中：－水的比熱，25℃時(shí)C＝103J/（Kg（三）機(jī)組總用水量水電站上述各項(xiàng)用水量，空冷器約占總用水量的70%，發(fā)電機(jī)推力軸承與導(dǎo)軸承冷卻器約占18%，水導(dǎo)軸承潤(rùn)滑與冷卻約占5%，水冷式變壓器約占6%，其它約占1%。1．壩前取水：因壩前取水水量豐富，取水設(shè)備簡(jiǎn)單且可靠，即使機(jī)組的進(jìn)水閥門關(guān)閉或某一取水口堵塞，供水也不會(huì)中斷。3．壓力鋼管取水：引水系統(tǒng)為單元供水，可采用各機(jī)組設(shè)置取水口，這對(duì)于立式機(jī)組便于布置和安裝；對(duì)于引水系統(tǒng)為聯(lián)合供水，可在總管上設(shè)置統(tǒng)一取水口（需設(shè)2個(gè)取水口），再經(jīng)凈化設(shè)備供給總管，然后供給各用水設(shè)備?？傊辉吹倪x擇是決定供水系統(tǒng)是否經(jīng)濟(jì)可靠的關(guān)鍵。4．閥門選擇（1）閘閥：可分為平行式和楔式閘閥兩類，平行式閘閥以帶推力楔塊的最為普遍，它適用于低壓，公稱直徑為50～400mm。第六節(jié) 消防給水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算一、消防給水對(duì)象及用水量1．發(fā)電機(jī)消火發(fā)電機(jī)在運(yùn)行時(shí)可能由于定子線圈匝間短路，或接頭開焊等事故而起火，為了防止事故的擴(kuò)大，一般都在發(fā)電機(jī)定子線圈上下方布置滅火環(huán)管。廠房消火栓的布置要求，是以保證廠房?jī)?nèi)任意一個(gè)著火點(diǎn)發(fā)生火災(zāi)時(shí)，都能同時(shí)受到兩股充實(shí)水柱的作用。廠房?jī)?nèi)的最高著火點(diǎn)可按行車頂部高程為準(zhǔn)，按水輪發(fā)電機(jī)組的尺寸大小來估算。根據(jù)計(jì)算結(jié)果分別確定消防給水干管管徑、消火環(huán)管進(jìn)水管管徑、消火栓進(jìn)水管管徑。2．排水方式（1）滲漏排水方式集水井排水：這種方式是把廠房?jī)?nèi)的滲漏水經(jīng)排水管、溝匯集到集水井中，然后通過水泵排至廠外。二、排水量計(jì)算與排水設(shè)備選擇（一）檢修排水1．檢修排水量計(jì)算檢修排水量的大小，取決于水輪機(jī)的型式、尾水位的高低和上、下閘門的漏水量。－尾水管彎肘段的容積，可按下式計(jì)算（其中用來估算）－尾水管水平擴(kuò)散段的容積，可按下式計(jì)算（3）壓力鋼管容積若沒有設(shè)置進(jìn)水閥時(shí)，壓力鋼管部分積水是按低于下游尾水位的那部分積水，可按下式計(jì)算式中，－壓力鋼管直徑，；－下游尾水位，；－壓力鋼管水平段的中心高程，；－壓力鋼管傾角；－壓力鋼管的水平長(zhǎng)度。則每臺(tái)生產(chǎn)率為為了保證將積水排空后，能由一臺(tái)泵來排除上、下閘門的總漏水量，以確保檢修工作安全進(jìn)行。一般集水井有容積按30～60min的滲漏水量的容積來考慮，可按下式計(jì)算式中：－集水井有效容積，；－滲漏水量。（2）水泵揚(yáng)程計(jì)算按集水井最低水位與最高尾水位之差，并考慮管路上的水力損失來計(jì)算。第八節(jié) 水電廠的水力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算對(duì)水電站及水輪機(jī)進(jìn)行有關(guān)水力參數(shù)監(jiān)測(cè)，其目的是為了及時(shí)準(zhǔn)確地了解水電站及水輪機(jī)的運(yùn)行狀況，保證水電站的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，并為科學(xué)研究和改進(jìn)設(shè)計(jì)提供與積累資料。3．滲漏排水泵參數(shù)選擇（1）水泵生產(chǎn)率計(jì)算式中：－集水井有效容積，；－水泵工作時(shí)間，按20～30min；－滲漏水量。 （二）廠內(nèi)滲漏排水1．廠內(nèi)滲漏水量與集水井有效容積在確定電站廠內(nèi)滲漏水量時(shí)，應(yīng)先由水工專業(yè)提出廠房?jī)?nèi)水工建筑物的滲漏水量估算值，再參考已運(yùn)行同類型電站的滲漏水量大小，并結(jié)合實(shí)際電站情況，確定一個(gè)滲漏水量值作為滲漏排水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)依據(jù)。2．排水設(shè)備選擇（1）檢修排水泵選擇檢修排水泵總生產(chǎn)率可按下式計(jì)算式中，－檢修排水總?cè)莘e，；－水泵工作時(shí)間，一般取4～6h，對(duì)于大型電站及長(zhǎng)壓力隧洞或長(zhǎng)尾水隧洞的電站，可適當(dāng)延長(zhǎng)；－上、下游閘門單位時(shí)間漏水量之和。分成四部分，每部分?jǐn)嗝娑及磮A形斷面計(jì)算，按蝸殼水力計(jì)算表1－8計(jì)算結(jié)果代入下式圖31 彎肘形尾水管尺寸示意圖式中，－座環(huán)外徑，；－對(duì)應(yīng)計(jì)算斷面圓的半徑，；－整數(shù)，取0,1，2三個(gè)數(shù)。檢修排水和滲漏排水一般是分開設(shè)置。第七節(jié)　排水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算一、排水對(duì)象及排水方式1．排水對(duì)象（1）檢修排水：排除機(jī)組檢修時(shí)的鋼管、蝸殼、尾水管內(nèi)的積水和上、下游水位的漏水。2．供水方式與技術(shù)供水源同時(shí)考慮，根據(jù)電站的水頭和各消火對(duì)象對(duì)供水的要求，來選擇供水方式。計(jì)算出消防的供水壓力：　?。ǎ　。ǎ┦街?，－與射流總高度有關(guān)的系數(shù)；－與噴嘴直徑有關(guān)的系數(shù)；－供水總管的水力損失，；－消防軟管的水力損失；；－通過軟管的流量，；－軟管長(zhǎng)度，；一般有120三種；－軟管的比阻；水柱的有效噴射半徑，按豎直噴射高度計(jì)算（結(jié)果偏安全）。其消火用水量計(jì)算，可根據(jù)滅火環(huán)管長(zhǎng)度、環(huán)管管徑及壓力水頭，查手冊(cè)相關(guān)圖表可得。四、繪制技術(shù)供水系統(tǒng)圖根據(jù)水電站的特點(diǎn)、機(jī)組臺(tái)數(shù)、機(jī)型以及各種可供選用的取水與供水方式，按照用水設(shè)備對(duì)水質(zhì)、水溫、水壓及水量的要求，遵循供水系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則，便可擬定適合具體情況的技術(shù)供水系統(tǒng)圖。3．濾水器選擇濾水器的作用是清除水中的懸浮物。因不含水生物和有機(jī)物，特別適合作為水輪機(jī)導(dǎo)軸承及深井泵軸承等清潔潤(rùn)滑水水源。這種取水方式具有引水管道短，控制設(shè)備可以集中布置，便于操作，運(yùn)行費(fèi)用少，供水較可靠。電站常見有以下幾種取水方式。由已知水輪機(jī)主軸直徑時(shí)，按下式進(jìn)行估算　?。ǎ　。ǎ┦街校海c水輪機(jī)軸直徑有關(guān)的最小用水量，查相關(guān)曲線可得，；－潤(rùn)滑水箱入口水壓力（），通常＝（15～20）；－水輪機(jī)軸頸直徑，；＝＋，當(dāng)＜650mm時(shí)＝15mm，當(dāng)≥650mm時(shí)＝20mm?！妫?；－冷卻器進(jìn)出口水溫差，當(dāng)發(fā)電機(jī)工作溫度（60～80℃）時(shí)，可取下限值：入口水溫≤10℃，＝4℃；入口水溫＝10～20℃，＝3℃；入口水溫≥20℃，＝2℃；－發(fā)電機(jī)的電磁損失，kW；－發(fā)電機(jī)額定功率，kW；－發(fā)電機(jī)效率，%；一般小型機(jī)組＝～；大型機(jī)組＝～；－發(fā)電機(jī)軸承的機(jī)械損耗，kW；對(duì)于懸式機(jī)組包含推力軸承和導(dǎo)軸承摩擦損耗（其中導(dǎo)軸承按10～20%計(jì)算），推力軸承摩擦損耗功率可按式下計(jì)算：－推力軸承負(fù)荷，；立式機(jī)組含軸向水推力和機(jī)組轉(zhuǎn)動(dòng)部分重量，一般推力瓦上單位壓力為（2～4）106；－鏡板與推力瓦的摩擦系數(shù)，當(dāng)油溫在40～50℃時(shí)，小機(jī)組＝～；大機(jī)組＝～；－推力瓦表面平均圓周速度。7．機(jī)組的調(diào)相壓水充氣，應(yīng)是自動(dòng)控制的，應(yīng)裝設(shè)自動(dòng)閥門和相應(yīng)監(jiān)測(cè)表計(jì)。1．按照壓縮空氣各用戶所需的工作壓力和供氣質(zhì)量及所處的位置，對(duì)某用戶單獨(dú)設(shè)置供氣系統(tǒng)或?qū)θ舾捎脩艚⒕C合供氣系統(tǒng)。耗氣量很小，不需設(shè)專用設(shè)備，可從制動(dòng)干管或其他供氣干管引出。(2)按風(fēng)動(dòng)工具連續(xù)工作校核若電站風(fēng)動(dòng)工具與制動(dòng)用氣聯(lián)合時(shí)，應(yīng)按風(fēng)動(dòng)工具連續(xù)工作來校核空壓機(jī)的生產(chǎn)率，以保證機(jī)組檢修時(shí)，風(fēng)動(dòng)工具能連續(xù)穩(wěn)定地進(jìn)行工作。按水電站機(jī)組一次制動(dòng)耗氣量計(jì)算：式中：——機(jī)組一次制動(dòng)所需的自由空氣總量（m3）；——在工作壓力下，制動(dòng)過程耗氣流量（），由廠家提供； ——制動(dòng)時(shí)間（min），一般為2min；——制動(dòng)氣壓（MPa），；——大氣壓力（MPa）。 列出空壓機(jī)參數(shù)：生產(chǎn)率，排氣壓力（空壓機(jī)的壓力應(yīng)大于壓力油罐的額定壓力）。（五）布置水電站的絕緣油系統(tǒng)油庫(kù)通常都設(shè)在廠外。通常大型電站可設(shè)一臺(tái)或一臺(tái)以上；小型電站可設(shè)一臺(tái)移動(dòng)式油泵。容積選擇標(biāo)準(zhǔn)為5m3 及以下， m3 進(jìn)級(jí)；5 m3以上的每隔1 m3 進(jìn)級(jí)。計(jì)算后選取接近的標(biāo)準(zhǔn)管徑如下：12350、680、100、12150、200、250、300、350、400、450、500、600 mm2．管材選擇建議選用有縫或無縫鋼管，不采用鍍鋅鋼管（鋅與油反應(yīng)，加速油氧化）；對(duì)連接管的選擇可以選軟管、軟銅管、耐油橡膠、軟膠管等型式的管材。通常大型電站可設(shè)一臺(tái)或一臺(tái)以上；小型電站可設(shè)一臺(tái)移動(dòng)式油泵。2．運(yùn)行油捅（槽、罐）容積選擇與凈油捅一致，數(shù)目一般為兩個(gè)，方便操作；容積大時(shí)可更多些?？砂聪率綋Q算（3）轉(zhuǎn)漿式水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪接力器用油量式中： dp —輪葉接力器直徑（m）dp=(～)D1 SP —接力器活塞行程（m）SP=(～)dp(4) 受油器用油量 （5）沖擊式水輪機(jī)噴針接力器充油量式中：Z0—噴嘴數(shù)，d0 —射流直徑(m)，Hmax—電站最大工作水頭(m) ，Pmin —油壓裝置最小油壓（P a）2．機(jī)組潤(rùn)滑油系統(tǒng)用油量計(jì)算推力軸承與導(dǎo)軸承的用油量計(jì)算： (m3)式中，—軸承損耗單位kw所需油量（m3/kw），查資料；—推力軸承損耗，(kw)； —推力軸承負(fù)荷（KN）；—單位負(fù)荷推力軸承損耗；—導(dǎo)軸承損耗。4．下游庫(kù)水位：百年一遇洪水位(m)。1．調(diào)速器的型式：選用單調(diào)節(jié)的、靈敏度高的、調(diào)節(jié)品質(zhì)好、控制方便、自動(dòng)化程度較高的電氣液壓式調(diào)速器和微機(jī)調(diào)速器?！?jì)算系數(shù)，可根據(jù)資料查取。根據(jù)機(jī)組所需要的調(diào)速功大小及導(dǎo)葉關(guān)閉時(shí)間，從產(chǎn)品系列中選取調(diào)速器型號(hào)。因而根據(jù)上述公式求出的水擊壓力升高要再乘于一個(gè)機(jī)型修正系數(shù)，即：式中：與反擊式水輪機(jī)比轉(zhuǎn)速有關(guān)；根據(jù)試驗(yàn)確定。由下公式計(jì)算平均水錘波傳播速度 (m/s)（2）壓力引水系統(tǒng)平均流速可按下式計(jì)算： (m/s)式中　。各管段的計(jì)算列表計(jì)算各管段的。若機(jī)組的GD2未提供，可按下式進(jìn)行計(jì)算?！　　〃D―機(jī)組額定轉(zhuǎn)速，r/min。在甩負(fù)荷時(shí)，由于導(dǎo)葉迅速關(guān)閉，水輪機(jī)的流量會(huì)急劇變化，因此在水輪機(jī)過水系統(tǒng)內(nèi)會(huì)產(chǎn)生水擊，調(diào)節(jié)保證計(jì)算就是計(jì)算出上述過程中最大的轉(zhuǎn)速上升及最大的壓力上升值。在選擇蝶閥時(shí)，應(yīng)使它的有效斷面積大于或等于蝸殼進(jìn)口(指流過總流量處的蝸殼進(jìn)口斷面)的斷面積。如需設(shè)置水輪機(jī)進(jìn)水閥，應(yīng)經(jīng)過技術(shù)經(jīng)濟(jì)的論證。2．尾水管單線圖的繪制根據(jù)上面表1－9中的計(jì)算結(jié)果，在作圖紙上繪制出繪制出尾水管單線圖。（或15176。進(jìn)口斷面的面積： 式中，為水輪機(jī)的最大引用流量，m3/s；為蝸殼最大包角，對(duì)于金屬蝸殼一般取345176。椐椐計(jì)算出來的機(jī)組轉(zhuǎn)速n(r/min)，轉(zhuǎn)輪直徑D1(m)，對(duì)選定的5個(gè)特定水頭按第一式換算為n11 作水平線與模型等效率線相交查得Q11和ηM，然后依上述各式求得η與P，把計(jì)算數(shù)值列在如下表1－6中。3．原型水輪機(jī)計(jì)算點(diǎn)的能量性能的比較：這需要比較三方面的參數(shù)指標(biāo)，一是不同原型水輪機(jī)最高效率的比較，二是不同原型水輪機(jī)計(jì)算點(diǎn)效率和出力的比較，三是不同原型水輪機(jī)所包含的高效率區(qū)的比較；經(jīng)過三方面比較后，得出效率最好的水輪機(jī)的型號(hào)結(jié)論。1．定子機(jī)座外徑≤ｎr＜214r/min，=214≤ｎr≤300r/min， =2．風(fēng)罩內(nèi)徑≤20000KVA =+Sf＞20000KVA =+3．轉(zhuǎn)子外徑式中：▽—單邊空氣間隙，初步估算時(shí)可不計(jì)。表13 混流式水輪機(jī)的軸向水推力系數(shù)轉(zhuǎn)輪型號(hào)HL310HL240HL230HL220HL200HL180HL160HL120HL110HL100K～～～～～～～～～～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)45678K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： （N）（若轉(zhuǎn)論為分瓣轉(zhuǎn)輪，需再增加10﹪的重量）軸流式：