【正文】 （N），式中為輪轂比。7．水輪機(jī)實(shí)際的額定流量式中：采用上述（6）中的計(jì)算結(jié)果。⑵水輪機(jī)實(shí)際工作范圍的校核分別求出Hmax、HW、Hr、Hmin下對應(yīng)的單位轉(zhuǎn)速，要求HW下對應(yīng)的ｎ11Ma與ｎ11M0相近，Hmax、Hmin時(shí)對應(yīng)的ｎ11Mmin、ｎ11Mmax在模型綜合特性曲線圖上，其范圍應(yīng)包含高效率區(qū)。表1－1 不同型式的水輪機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行負(fù)荷區(qū)域型式穩(wěn)定運(yùn)行負(fù)荷區(qū)域（%）型式穩(wěn)定運(yùn)行負(fù)荷區(qū)域（%）混流式40～100沖擊式25～100軸流定漿式70～100軸流轉(zhuǎn)漿式30～100貫流轉(zhuǎn)漿式25～100二、轉(zhuǎn)輪型號(hào)的選擇轉(zhuǎn)輪型號(hào)的選擇主要根據(jù)電站水頭變化范圍(Hmin～Hmax)查相應(yīng)的水輪機(jī)型譜參數(shù)表，以選擇適用電站水頭變化范圍的水輪機(jī)型號(hào)為原則；若有多種型號(hào)可供選擇，則需要列為備選方案，待進(jìn)行參數(shù)計(jì)算比較后再確定。2．臺(tái)數(shù)對運(yùn)行效率的影響機(jī)組臺(tái)數(shù)多，可以靈活改變機(jī)組運(yùn)行方式，調(diào)整機(jī)組負(fù)荷，避開低效率區(qū)運(yùn)行，以是電站保持較高的平均效率。一般情況下，臺(tái)數(shù)多對成本和投資不利。綜上所述，可以確定機(jī)組臺(tái)數(shù)選擇的原則：對中小型水電站，一般選擇2～4臺(tái)；保證在水頭低于額定水頭時(shí)，機(jī)組受阻容量盡量??；在可能的情況下盡量選用單機(jī)容量較大的水輪機(jī)，以降低設(shè)備造價(jià)。表1－2　　　各水頭對應(yīng)單位轉(zhuǎn)速計(jì)算結(jié)果表轉(zhuǎn)速方案HmaxHwHr Hmin在高效率區(qū)合理性n1= r/minn2= r/min4．檢驗(yàn)水輪機(jī)實(shí)際工作范圍⑴水輪機(jī)計(jì)算點(diǎn)出力的校核計(jì)算Hr時(shí)的出力：，要求P≥Pr且接近。6．實(shí)際的水輪機(jī)額定水頭因不同的、與水能預(yù)算有差異：式中：，─以與查模型曲線交點(diǎn)處值。10．水輪機(jī)軸向水推力、總軸向力原型水輪機(jī)的軸向水推力可按下式近似計(jì)算：式中：D1為轉(zhuǎn)輪直徑（m）；Hmax為最大水頭（m）；K為轉(zhuǎn)輪的軸向水推力系數(shù)（kN/m3），一般由經(jīng)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)方法得出，具體見表13和表14所示。 (二)水輪發(fā)電機(jī)的外形尺寸估算水輪發(fā)電機(jī)的外形尺寸主要有定子機(jī)座外徑D1，風(fēng)罩內(nèi)徑D2，轉(zhuǎn)子外徑D3等。2．模型轉(zhuǎn)輪各項(xiàng)指標(biāo)參數(shù)的比較：對不同模型轉(zhuǎn)輪的相應(yīng)的最優(yōu)單位轉(zhuǎn)速、最優(yōu)單位流量、設(shè)計(jì)比轉(zhuǎn)速、模型最高效率、限制工況單位流量、限制工況空化系數(shù)以及模型曲線的曲率變化情況進(jìn)行全面的比較；得出不同型式模型轉(zhuǎn)輪相應(yīng)的能量性能指標(biāo)和空化性能指標(biāo)的差異，并說明優(yōu)勢較大的模型轉(zhuǎn)輪型號(hào)。模型與原型等效率線參數(shù)的轉(zhuǎn)換公式如下： 式中：，n11 的單位為r/min，P的單位為MW。2．按等速度假設(shè)計(jì)算金屬蝸殼的進(jìn)口斷面型式一般都作成圓形，為鋼板制作(蝸殼是沿座環(huán)圓周焊接在上下碟形邊上，由于過流量的減小，蝸殼斷面也隨之減小，為使小斷面能和碟形邊相接，在某一包角后均采用橢圓斷面)；砼蝸殼一般為多邊形斷面。 對蝸殼中間的任一斷面的尺寸計(jì)算從蝸殼鼻端起至任一斷面處的的尺寸計(jì)算，則該計(jì)算斷面處有：根據(jù)上面計(jì)算式，可按30176。計(jì)算出尾水管各部位尺寸值后，填入尾水管尺寸表1－9中。（3）當(dāng)最大水頭低于120m且引水管較短時(shí)，一般不設(shè)置進(jìn)水閥，但應(yīng)在引水管進(jìn)水口設(shè)置快速閘門。設(shè)為有效過水面積系數(shù)，則有式中 ――閥門有效過水面積系數(shù)；　　　――閥門有效過水面積，；　　　――閥門的直徑。第二節(jié) 調(diào)節(jié)保證計(jì)算一、調(diào)節(jié)保證計(jì)算的任務(wù)電站在運(yùn)行過程中，常會(huì)由于各種事故，機(jī)組突然與系統(tǒng)解列，從而造成甩負(fù)荷。最大轉(zhuǎn)速上升率為： 式中　――機(jī)組甩負(fù)荷過程中產(chǎn)生最大轉(zhuǎn)速，r/min。三、調(diào)節(jié)保證計(jì)算步驟（一）基本資料由電站基本資料和前章節(jié)計(jì)算已知，水庫水位、尾水位、電站裝機(jī)容量、電站特征水頭、水輪發(fā)電機(jī)組參數(shù)及電站和電力系統(tǒng)特征。12。可根據(jù)各管段的實(shí)際情況取值。若為第一相水擊，則壓力上升值計(jì)算公式為：或近似式若為第末相水擊，則壓力上升值計(jì)算公式為：或近似式由于上述公式是按沖擊式水輪機(jī)條件下導(dǎo)出的，直接用于反擊式水輪機(jī)是有誤差的。表28　　　　　　　　　　　　　　　　　轉(zhuǎn)速上升值計(jì)算成果表…第三節(jié) 調(diào)速設(shè)備的選擇計(jì)算一、調(diào)速器的選擇原則調(diào)速器的選擇原則是應(yīng)在任何水頭、流量下，平穩(wěn)可靠地操作水輪發(fā)電機(jī)組，其關(guān)閉時(shí)間要滿足調(diào)節(jié)保證計(jì)算的要求。（1）導(dǎo)葉接力器的容積計(jì)算式中： —接力器直徑（m），b0—導(dǎo)葉高度（ m），λ三、調(diào)速器選取由調(diào)速功W或主配壓閥直徑選取調(diào)速器。（二）水能規(guī)劃主要參數(shù)1．水電站特征水頭：Hmax；HW；Hr；Hmin2．總裝機(jī)容量：Py（KW）3．上游庫水位：設(shè)計(jì)洪水位(m)；正常蓄水位(m)；死水位(m)。1．水輪機(jī)調(diào)速系統(tǒng)充油量的計(jì)算：VTS（1）油壓裝置的用油量通過查找有關(guān)設(shè)計(jì)手冊，依下列公式計(jì)算得出Vy=V壓力油罐+V回油箱（2）導(dǎo)水機(jī)構(gòu)接力器用油量式中：—導(dǎo)葉接力器直徑（m）；—接力器最大行程，=（～）， —導(dǎo)葉最大開度（m），主要由水輪機(jī)確定。二、油系統(tǒng)設(shè)備的選擇：（一）儲(chǔ)油設(shè)備的選擇1．凈油桶（槽、罐）（1）容積計(jì)算：V=+V3 ()（2）數(shù)目：通常透平油凈油桶只設(shè)一個(gè)；選標(biāo)準(zhǔn)值為5m3 以下， m3進(jìn)級(jí)；5 m3以上的每隔1 m3 進(jìn)級(jí) 。3．油泵的型號(hào)與臺(tái)數(shù)選擇：以、為依據(jù)，選擇油泵的型號(hào)與臺(tái)數(shù)。流速法：流速取值范圍為1～ m/s，一般取1～。絕緣油用油總量的計(jì)算如下式W=ZW1+W2+ZW3式中，W1為一臺(tái)變壓器充油量W1；W2為事故備用用油量，W2=（～）W1 (m3)；W3為補(bǔ)充備用油量W3；三、油系統(tǒng)設(shè)備的選擇（一）儲(chǔ)油設(shè)備的選擇1．凈油桶（槽、罐）（1）容積計(jì)算： W=+W3 （）（2）數(shù)目：絕緣油一般設(shè)一個(gè)。3．油泵的型號(hào)與臺(tái)數(shù)選擇：以Q、H為依據(jù)，選擇油泵的型號(hào)與臺(tái)數(shù)。 2．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。由可選定空壓機(jī)型號(hào)，應(yīng)設(shè)兩臺(tái)，一臺(tái)工作，一臺(tái)備用。機(jī)組制動(dòng)用氣量取決于發(fā)電機(jī)所需的制動(dòng)力矩，通常由電機(jī)制造廠提供制動(dòng)用氣流量和制動(dòng)所需氣壓及制動(dòng)時(shí)間來確定。同時(shí)應(yīng)按幾個(gè)用戶的最大耗氣量來確定：式中：－空壓機(jī)生產(chǎn)率，；—全廠同時(shí)制動(dòng)的機(jī)組臺(tái)數(shù)；－貯氣罐恢復(fù)壓力所需的時(shí)間，一般?。?0～15 min。(3)空氣圍帶用氣水輪機(jī)導(dǎo)軸承檢修密封圍帶用氣。具體可查閱手冊及相關(guān)資料。6．在機(jī)組制動(dòng)管道和進(jìn)水閥圍帶給氣管道上裝設(shè)自動(dòng)給、排氣用的電磁空氣閥和監(jiān)測管內(nèi)氣壓的壓力信號(hào)器以壓力表（即需采用制動(dòng)柜，并設(shè)有手、自動(dòng)制動(dòng)和手、自動(dòng)復(fù)歸；或者采用集成制動(dòng)裝置）?？砂匆韵鹿接?jì)算：式中： －水的比熱，25℃時(shí)C＝103J/（Kg（2）若為水潤滑冷卻的橡膠瓦導(dǎo)軸承用水量，其工作溫度應(yīng)低于65～70℃。通常水電站采用本電站所在河流作為水源，有河水不能滿足用水設(shè)備要求時(shí)，才考慮其它水源。2．蝸殼取水：可在每臺(tái)機(jī)組蝸殼設(shè)取水口，可自成體系，也可用干管聯(lián)系起來，互為備用。（三）地下取水當(dāng)河流的水質(zhì)不能滿足要求時(shí)，可采用地下取水作為供水水源。計(jì)算結(jié)果出來后，按標(biāo)準(zhǔn)管道直徑選擇。在取水水壓高出用水設(shè)備最大水壓要求時(shí)，才需裝設(shè)。發(fā)電機(jī)消火取水源需兩個(gè)以上，以保證消火的可靠性。只要確定了消火栓位置和最高最遠(yuǎn)的可能著火點(diǎn)，即可計(jì)算出充實(shí)水柱高度。全站消火栓總用水量可按一臺(tái)機(jī)的消火環(huán)管用水量加兩股消火栓同時(shí)供水來計(jì)算，即二、水源及供水方式1．水源 應(yīng)要有兩個(gè)水源，以保證供水可靠。3．確定水泵吸入高度與安裝高程式中，－水泵的允許吸出高度，；－不同海拔高程的大氣壓力，；－不同溫度下水的汽化壓力，；－水泵吸水管的水力損失，；－水泵吸水管的水流速度，；最低吸水位的標(biāo)高。機(jī)組檢修時(shí)，先將積水排入集水廊道內(nèi)，再由水泵排至廠外。也可以把金屬蝸殼按包角345176。對球閥，一般?。?；對于蝴蝶閥，采用空氣圍帶密封?。剑捎孟鹉z壓緊式密封?。剑粚ι?、下游采用閘門，可查相關(guān)圖表得值。根據(jù)電站的實(shí)際情況，水泵布置時(shí)，可考慮尾水倒灌（水泵安裝高程需低于下游最低水位，并有一定安全裕量），作為水泵的啟動(dòng)充水。～。三、繪制排水系統(tǒng)圖檢修排水與滲漏排水系統(tǒng)，對大型水電廠應(yīng)分開設(shè)置；對中型水電廠，宜分開設(shè)置；若共用一套排水設(shè)備需通過技術(shù)論證；當(dāng)共用一套排水設(shè)備時(shí)，應(yīng)考慮安全措施，嚴(yán)防尾水倒灌廠房。 式中：－下游最高水位高程，；－集水井最低水面高程，；－管路水力損失，；－管路出口流速水頭損失。（2）集水井其他容積的確定集水井其他容積的確定可按各要求水位來定，主要有：A 停泵水位：取決于底閥的大小，根據(jù)底閥的淹沒深度和防止吸入臟物等對閥底至井底的距離要求。則每臺(tái)水泵的生產(chǎn)率還必須大于總漏水量，即滿足下列要求：由于檢修水泵不經(jīng)常運(yùn)行，一般不考慮自動(dòng)控制。若設(shè)置進(jìn)水閥時(shí)，則按排除進(jìn)水閥后至蝸殼進(jìn)口斷面的積水來計(jì)算，如下式（4）轉(zhuǎn)輪室容積水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪室的積水為轉(zhuǎn)輪室的體積扣除轉(zhuǎn)輪本身，可按下式計(jì)算式中，－座環(huán)的內(nèi)徑，；－導(dǎo)葉的高度，；－水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪的重量，；－鋼的比重。水電站一般壓力鋼管或蝸殼的最低處設(shè)有排水閥，經(jīng)管道與尾水管連通。廊道排水：這種方式是把廠內(nèi)各處的滲漏水通過管道匯集至專門的集水廊道內(nèi)，再由排水設(shè)備排至廠外，此種排水設(shè)備多采用立式深井泵。四、消防水泵選擇1．按消火環(huán)管入口壓力計(jì)算式中，－消火環(huán)管入口水壓，；－消火環(huán)管水頭損失，；－消火環(huán)管中水流的流速，；－消防環(huán)管高程，；－下游最低水位。3．油系統(tǒng)消火油庫、油處理室及油化驗(yàn)室，一般采用化學(xué)滅火器、噴霧噴和砂包等滅火。消火栓的數(shù)目，視機(jī)組間距的大小而定。設(shè)計(jì)發(fā)電機(jī)消防水管時(shí)，應(yīng)采取有效措施，防止平時(shí)漏水進(jìn)入發(fā)電機(jī)，而發(fā)生事故。（2）截止閥：截止閥阻力系數(shù)約為閘閥的5～10倍，結(jié)構(gòu)長度較大，但操作靈活，止水情況好，多用小口徑管路上。各種取水方式各具特點(diǎn)和適用條件，需根據(jù)電站的實(shí)際情況出發(fā)來分析，選擇供水可靠、運(yùn)行方便、經(jīng)濟(jì)合理的取水方案。（二）下游取水當(dāng)上游取水不能滿足水壓要求或能源利用不合理時(shí)，可考慮下游取水。對庫大水深的電站，這種取水易滿足用水設(shè)備對水質(zhì)的要求。水電站技術(shù)供水總量，應(yīng)按各用水設(shè)備的種類、臺(tái)數(shù)來統(tǒng)計(jì)?！妫?；－水在冷卻器溫升，一般＝2～4℃； －推力軸承損耗功率，kW；其他符號(hào)同前面所述。按規(guī)定，經(jīng)過空氣冷卻器后的空氣溫度不超過35176。但對機(jī)組調(diào)相壓水和檢修用的壓縮空氣系統(tǒng)，可不設(shè)備用空壓機(jī)。(4)列出空壓機(jī)的主要參數(shù)表。根據(jù)選定空壓機(jī)型號(hào)，應(yīng)設(shè)定兩臺(tái)，一臺(tái)工作，一臺(tái)備用。對多機(jī)組大型水電站，制動(dòng)儲(chǔ)氣罐最好設(shè)兩個(gè)，每個(gè)罐的容積應(yīng)滿足一臺(tái)機(jī)組制動(dòng)用要求。取(標(biāo)準(zhǔn)貯氣罐)，大型電站可取兩只，中、小型水電站只設(shè)一個(gè)高壓貯氣罐。水電站中壓縮空氣系統(tǒng)按照其最高工作壓力，可劃分為高壓、中壓和低壓3個(gè)壓力范圍；對于10以上為高壓；～10以上為中壓；。（1）支管管徑選擇：由設(shè)備的接頭尺寸確定。3．事故排油池：容積為所有油槽總?cè)莘e之和，數(shù)目為一個(gè)。三、擬定透平油系統(tǒng)圖及操作程序表油系統(tǒng)圖是技術(shù)施工設(shè)計(jì)的依據(jù)，也是電站管理及運(yùn)行人員管理、操作和維護(hù)的依據(jù)。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。5．重力加油箱：設(shè)在廠內(nèi)，供自流添油用， m3～ m3，當(dāng)機(jī)組臺(tái)數(shù)＞4臺(tái)時(shí)設(shè)兩個(gè)，一般設(shè)一個(gè)。（三）電站透平油系統(tǒng)的用油量由上述計(jì)算可得1．運(yùn)行用油量（設(shè)備充油量）V1一臺(tái)機(jī)組最大用油量（根據(jù)電站的具體類型，確定其用油設(shè)備來計(jì)算用油量），考慮一臺(tái)機(jī)組5%管網(wǎng)充油量，則可用下式計(jì)算對于混流式：　　　　　　　 (m3)對于軸流轉(zhuǎn)漿式： 　 (m3)說明：若有設(shè)進(jìn)水閥專用油壓裝置需考慮其用油量。表3－1　　　　　　 　　　主要電氣設(shè)備用油量表設(shè)備名稱型 號(hào)臺(tái) 數(shù)用油量（m3/臺(tái)）總用油量（m3）主變壓器壩區(qū)變壓器廠用變壓器近區(qū)變壓器發(fā)電機(jī)斷路器油開關(guān)合計(jì)第二節(jié) 水電站的透平油系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算一、確定油系統(tǒng)類型考慮油化驗(yàn)設(shè)備需要專人及專用設(shè)備配置，因此在電站油系統(tǒng)的設(shè)計(jì)時(shí)，一般不設(shè)油化驗(yàn)室（只設(shè)簡單試驗(yàn)設(shè)備），油處理設(shè)備按廠用油系統(tǒng)配置。四、調(diào)速器參數(shù)的整定范圍計(jì)算對PID規(guī)律，算出其調(diào)節(jié)參數(shù)的最佳整定值： 微分時(shí)間常數(shù)： (s) 緩沖時(shí)間常數(shù)： (s) 暫態(tài)轉(zhuǎn)差系數(shù)：　 (s)五、確定調(diào)速器型號(hào)：確定選用調(diào)速器型號(hào)，以符合調(diào)速器最調(diào)節(jié)參數(shù)計(jì)算要求。（2)接力器容積：式中：——接力器最大行程，S d=（～），——原型水輪機(jī)導(dǎo)葉最大開度（m）。如W≥3000kgf把計(jì)算成果填入下列表格中。(4)管道特性系數(shù)計(jì)算按取一系列值來計(jì)算，可按4～10s取值。則。表24　　　　　　　　　　　　　　　GD2的經(jīng)驗(yàn)系數(shù)K2估算表額定轉(zhuǎn)速（r/min）備注100轉(zhuǎn)速取下限100≤≤100＞1004~（二）計(jì)算步驟水頭損失的計(jì)算由進(jìn)水口至水輪機(jī)中心，以其中機(jī)組管道最長來計(jì)算，各管段列表計(jì)算局部損失和沿程失系數(shù)S值。尾水管進(jìn)口處允許最大真空度為8～9，其原因也是防止水柱分離。增加全