【文章內(nèi)容簡介】 定技術(shù)水平及經(jīng)濟條件下制定的，因而在應(yīng)用時要結(jié)合具體情況具體考慮。（一）計算公式最大水擊壓力上升率為： 式中　――甩負(fù)荷過程中最大水擊壓力（水柱高），m。――甩負(fù)荷前的水電站靜水頭，m。最大轉(zhuǎn)速上升率為： 式中　――機組甩負(fù)荷過程中產(chǎn)生最大轉(zhuǎn)速，r/min?！　　〃D―機組額定轉(zhuǎn)速，r/min。因為壓力變化與轉(zhuǎn)速變化是一對相互矛盾的兩個方面，調(diào)保計算的目的就是如何解決這個矛盾，而且使其在技術(shù)上經(jīng)濟上合理。調(diào)節(jié)計算的標(biāo)準(zhǔn)如下：（二）計算標(biāo)準(zhǔn)壓力變化計算標(biāo)準(zhǔn)：壓力上升標(biāo)準(zhǔn)：過水系統(tǒng)末端(蝸殼末端)壓力相對升高的允許值 主要根據(jù)經(jīng)濟技術(shù)要求制定，目前一般采用下列允許值：當(dāng)H0＞100m時　　　　　　　　當(dāng)H0＝40～100m時　　　　　　當(dāng)H0＜40m時　　　　　　　　　當(dāng)設(shè)置調(diào)壓閥時　　　　　　　　壓力降低標(biāo)準(zhǔn)：在壓力過水系統(tǒng)內(nèi)任何位置都不允許產(chǎn)生負(fù)壓，而且應(yīng)保證有2～3m的余壓，作為防止水柱脫離的安全度。尾水管進口處允許最大真空度為8～9，其原因也是防止水柱分離。轉(zhuǎn)速變化計算標(biāo)準(zhǔn)目前對機組速率上升值戶的允許值尚沒有一個明確的規(guī)定，爭論較多，這是正?，F(xiàn)象，因為隨著科學(xué)技術(shù)及制造工藝水平的提高，A的允許值也應(yīng)隨著變化。1)當(dāng)機組容量占系統(tǒng)總?cè)萘康谋戎剌^大且擔(dān)負(fù)調(diào)頻任務(wù)時，βmax＜：2)當(dāng)機組容量占系統(tǒng)總?cè)萘康谋戎夭淮蠡驌?dān)負(fù)基荷遠行時，βmax＜：3)當(dāng)機組為獨立運行時，βmax ＜4)當(dāng)機組為沖擊式水輪機時，βmax＜根據(jù)水輪發(fā)電機組的現(xiàn)代設(shè)計制造水平及電力系統(tǒng)的發(fā)展?fàn)顩r，及對實際運行中出現(xiàn)的一系列機組飛逸事故及過速工況的詳細(xì)研究，可以認(rèn)為目前將機組速率上升允許值βmax提高到60％～70％也是經(jīng)濟合理的。調(diào)節(jié)保證計算一般應(yīng)對兩個工況進行，即計算設(shè)計水頭和最大水頭甩全負(fù)荷的壓力上升和速率上升，并取其大者。三、調(diào)節(jié)保證計算步驟（一）基本資料由電站基本資料和前章節(jié)計算已知，水庫水位、尾水位、電站裝機容量、電站特征水頭、水輪發(fā)電機組參數(shù)及電站和電力系統(tǒng)特征。若機組的GD2未提供，可按下式進行計算。式中　――定子鐵芯內(nèi)徑，m；――定子鐵芯長度，m。――經(jīng)驗系數(shù)，可查下表。表24　　　　　　　　　　　　　　　GD2的經(jīng)驗系數(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）計算步驟水頭損失的計算由進水口至水輪機中心，以其中機組管道最長來計算，各管段列表計算局部損失和沿程失系數(shù)S值。得出下列關(guān)系式：式中　――總管的損失系數(shù)，s2/m5――單管的損失系數(shù)，s2/m5表25　　　　　　　　　　　　　　　管路阻力系數(shù)計算表管段管徑 (m)管長(m)管路局部阻力系數(shù)沿程阻力系數(shù)S值進水口攔污柵進口喇叭漸闊管彎管。。12。各管段的計算列表計算各管段的。表26　　　　　　　　　　　　　　　各管段LV計算表序號名稱流量(m3/s)長度(m)流速(m/s)波速(m/s)1進水口到隧洞末端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尾水管擴散段（1）進水口到隧洞末端、壓力鋼總管和支管段計算：由已知隧洞洞徑、壓力管徑和流量進行計算。（2）蝸殼段計算按蝸殼進口平均流速計算，由前取的進口斷面平均流速和蝸殼中心線長度（按四個限象計算），由于蝸殼并不是全部串聯(lián)在管路中。則。（3）尾水管段計算A、直錐段計算： 直錐段平均面積： 平均流速：直錐段幾何長度：則B、肘管段計算：肘管段平均面積：平均流速：彎肘段幾何尺寸長度，可按來估算。則C、擴散段計算平均面積： 平均流速：擴散段的幾何長度按估算則故尾水管段為：壓力上升值計算（1）平均水錘波傳播速度只按進水口至機組中心線長度考慮。對于地下埋的鋼筋混凝土管＝1400m/s，對于露天鋼筋混凝土管＝1300m/s，而鋼管＝1000m/s?？筛鶕?jù)各管段的實際情況取值。由下公式計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算： (m/s)式中　。（3）水流慣性時間常數(shù)在對應(yīng)水頭下的流量，按式計算出損失值。則水流慣性時間常數(shù)為： (s)式中　。(4)管道特性系數(shù)計算按取一系列值來計算，可按4～10s取值。對應(yīng)的管道特性系數(shù)值。(5)壓力上升值計算若閥門（導(dǎo)葉）的關(guān)閉時間≤，則發(fā)生直接水錘，電站中應(yīng)當(dāng)避免。若閥門（導(dǎo)葉）的關(guān)閉時間＞，則發(fā)生間接水錘，由、在圖22上查，可判斷發(fā)生的是第一相水擊還是末相水擊。若為第一相水擊，則壓力上升值計算公式為：或近似式若為第末相水擊，則壓力上升值計算公式為：或近似式由于上述公式是按沖擊式水輪機條件下導(dǎo)出的，直接用于反擊式水輪機是有誤差的。因而根據(jù)上述公式求出的水擊壓力升高要再乘于一個機型修正系數(shù)，即：式中：與反擊式水輪機比轉(zhuǎn)速有關(guān)；根據(jù)試驗確定。在初步設(shè)計時，對于混流式水輪機取=；對于軸流式水輪機取=。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：為水輪機的吸出高度；為尾水管進口流速，應(yīng)與為同一時間內(nèi)的最大值，為方便計算，可似近把取為關(guān)閉初始時尾水管進口流速的。把計算成果填入下列表格中。表27　　　　　　　　　　　　　壓力上升(或下降)值計算成果表蝸殼壓力上升尾水管壓力下降…轉(zhuǎn)速上升計算(1) 機組慣性時間常數(shù) (s)式中 GD2為 機組飛輪力矩，為額定轉(zhuǎn)速，r/min；為額定出力，Kw；(2) 調(diào)節(jié)滯后時間常數(shù)式中 為接力器不動時間，～；為永態(tài)轉(zhuǎn)差系數(shù)，一般取2%～6%。(3) 水錘壓力影響系數(shù) (4) 水輪機飛逸特性影響系數(shù)由式可得： (5) 速率上升值則甩負(fù)荷時機組的速率上升值計算公式為：取10%安全裕量，則最大速率上升值為：。把上述計算成果列于下表中。表28　　　　　　　　　　　　　　　　　轉(zhuǎn)速上升值計算成果表…第三節(jié) 調(diào)速設(shè)備的選擇計算一、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)電機組，其關(guān)閉時間要滿足調(diào)節(jié)保證計算的要求。根據(jù)機組所需要的調(diào)速功大小及導(dǎo)葉關(guān)閉時間，從產(chǎn)品系列中選取調(diào)速器型號。二、調(diào)速器工作容量的選擇計算調(diào)速器的大小與活動導(dǎo)葉上承受的水力矩和阻力矩有關(guān)，還與機組的制造、安裝質(zhì)量有關(guān)。1．中小型調(diào)速器的調(diào)速功計算公式：2．大型水輪機導(dǎo)葉接力器的調(diào)速功： ()式中：K—系數(shù)，對軸流式及混流式水輪機，當(dāng)D1＞3m時，可取K=；對混流式水輪機，當(dāng)D1＜3m時，可取K=。如W≥3000kgfm，即為大型調(diào)速器。大型調(diào)速器的容量選擇主要是選擇合適的主配壓閥直徑。目前有80，100，150，200，250mm等規(guī)格。（1）導(dǎo)葉接力器的容積計算式中： —接力器直徑（m），b0—導(dǎo)葉高度（ m），λ—計算系數(shù)，可根據(jù)資料查取。正曲率導(dǎo)葉用于水頭H=40～100 m，具有全包角的蝸殼，并工作在較大開度的低比速軸流式水輪機和高比速的混流式水輪機。對稱形導(dǎo)葉用于水頭低于40 m，具有混凝土蝸殼的軸流式水輪機。（2)接力器容積：式中：——接力器最大行程，S d=（～），——原型水輪機導(dǎo)葉最大開度（m）。（3）初步選擇主配壓閥直徑：式中：V—導(dǎo)水機構(gòu)或折向器接力器的總?cè)莘e（ m3），—管路中油的流速（m/s），當(dāng)油壓裝置額定工作壓力為25kg/cm2時，一般取≤4～5m/s?！恿ζ麝P(guān)閉時間（s）。d算出必須取接近偏大的標(biāo)準(zhǔn)值。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。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、自動化程度較高的電氣液壓式調(diào)速器和微機調(diào)速器。2．調(diào)節(jié)規(guī)律的選擇：對于水電站的單機容量較小，承擔(dān)基荷以及引水管道較短的，宜采用PI型調(diào)節(jié)規(guī)律；而對于單機容量較大，承擔(dān)調(diào)頻任務(wù)或峰荷、引水管較長的，則采用PID型調(diào)節(jié)規(guī)律。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，微機型和集成電路改進型的電液調(diào)速器都屬于PID型調(diào)速器。四、調(diào)速器參數(shù)的整定范圍計算對PID規(guī)律，算出其調(diào)節(jié)參數(shù)的最佳整定值： 微分時間常數(shù)： (s) 緩沖時間常數(shù)： (s) 暫態(tài)轉(zhuǎn)差系數(shù)：　 (s)五、確定調(diào)速器型號：確定選用調(diào)速器型號，以符合調(diào)速器最調(diào)節(jié)參數(shù)計算要求。調(diào)速器容量劃分見表2－9。表2－9 調(diào)速器容量劃分系列類別不帶壓力罐及接力器的調(diào)速器a帶壓力罐及接力器的調(diào)速器通流式調(diào)速器液壓操作器電動操作器電子負(fù)荷調(diào)節(jié)器系列接力器容量范圍N?m配套機組功率kW大型50000中型10000～50000b10000～5000010000～5000010000～50000小型3000～10000b1500～100003000～100003000～1000040，75，100特小型170～3000b170～1500170～3000170～3000350～30003，8，18a是指調(diào)速器能配置的接力器容量；b是指單噴嘴沖擊式水輪機調(diào)速器。第三章 水電站的油、氣、水系統(tǒng)及起重機修設(shè)備的設(shè)計計算第一節(jié) 基本資料一、電站主要原始資料（一）水能開發(fā)方式及電站類型1．水利樞紐的任務(wù)、作用及在電網(wǎng)中的地位；2．水電站的類型和水庫的調(diào)節(jié)特性。（二）水能規(guī)劃主要參數(shù)1．水電站特征水頭：Hmax；HW；Hr；Hmin2．總裝機容量：Py（KW）3．上游庫水位：設(shè)計洪水位(m)；正常蓄水位(m)；死水位(m)。4．下游庫水位：百年一遇洪水位(m)。二、水輪機主要技術(shù)參數(shù)1．水輪機型號與臺數(shù)；2．水輪機額定出力Pr；3．水輪機同步轉(zhuǎn)速nr；4．水輪機的最大允許吸出高度Hs；5．水輪有安裝高程Z；6．水輪機總重；三、發(fā)電機主要技術(shù)參數(shù)1．發(fā)電機型號；2．發(fā)電機額定功率Pf、發(fā)電機額定轉(zhuǎn)速nr、發(fā)電機額定電壓Ue、功率因素cosψ；3．發(fā)電機冷卻方式、勵磁方式；4．發(fā)電機帶軸總重G（噸）；四、調(diào)速器與油壓裝置型號1．調(diào)速器型號（主機與主閥）；2．油壓裝置型號；五、電氣設(shè)備技術(shù)參數(shù)1．主變壓器：型號與臺數(shù)，使用的油牌號；2．壩區(qū)變壓器、廠用變壓器、近區(qū)變壓器和油開關(guān)的臺數(shù)、型號，使用的油牌號；依據(jù)上述各設(shè)備的型號和臺數(shù)，可以查詢有關(guān)資料，確定各設(shè)備的用油量和絕緣油系統(tǒng)的總用油量。相關(guān)數(shù)據(jù)列入表3—1。表3－1　　　　　　 　　　主要電氣設(shè)備用油量表設(shè)備名稱型 號臺 數(shù)用油量（m3/臺）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)電機斷路器油開關(guān)合計第二節(jié) 水電站的透平油系統(tǒng)的設(shè)計計算一、確定油系統(tǒng)類型考慮油化驗設(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)計時，一般不設(shè)油化驗室（只設(shè)簡單試驗設(shè)備），油處理設(shè)備按廠用油系統(tǒng)配置。二、供油對象及供油量計算（一）供油對象：調(diào)速系統(tǒng)用油、機組潤滑用油、主閥接力器用油、管網(wǎng)用油。（二）供油對象油量計算：與機型、臺數(shù)、機組出力有關(guān)?？赏ㄟ^查相關(guān)資料得出。1．水輪機調(diào)速系統(tǒng)充油量的計算：VTS（1）油壓裝置的用油量通過查找有關(guān)設(shè)計手冊，依下列公式計算得出Vy=V壓力油罐+V回油箱（2）導(dǎo)水機構(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），主要由水輪機確定?？砂聪率綋Q算（3）轉(zhuǎn)漿式水輪機轉(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．機組潤滑油系統(tǒng)用油量計算推力軸承與導(dǎo)軸承的用油量計算： (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。機組潤滑油系統(tǒng)用油量的估算亦可參照已運行的容量和尺寸相近的同類機組進行。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)計手冊求取。（三）電站透平油系統(tǒng)的用油量由上述計算可得1．運行用油量（設(shè)備充油量）V1一臺機組最大用油量（根據(jù)電站