【正文】 形尺寸尾水管的計算主要是根據(jù)模型的尾水管，按轉(zhuǎn)輪的比例同等的放大，對轉(zhuǎn)輪直徑轉(zhuǎn)輪出口直徑的混流式水輪機，取 故 查水電站機電設(shè)計手冊P129表217 由上訴計算可得尾水管剖面圖，見附錄圖二. 繪制廠房剖面圖水電站廠房的組成有廠房建筑物組成、廠房的機電設(shè)備。立式機組廠房輪廓的尺寸確定包括：水輪發(fā)電機外形尺寸估算、廠房長度的確定、廠房寬度的確定、主廠房高度及廠房各層高程的確定。一、水輪發(fā)電機外形尺寸計算 發(fā)電機主要尺寸發(fā)電機額定功率 視在功率 （1）極距τ（cm）的確定查《水電站機電設(shè)計手冊水力機械》P159公式32得：式中: P—磁極對數(shù)，由《水輪機》P170查得為38 發(fā)電機同步轉(zhuǎn)速 Kf—系數(shù)8～10，取10。 圖15 發(fā)電機外形尺寸（2） 定子鐵芯內(nèi)徑的確定查《水電站機電設(shè)計手冊水力機械》P160 公式34得定子鐵芯內(nèi)徑 水輪機型式的確定： 所以選擇全傘式（3） 定子鐵芯長度lt(cm)的計算查《水電站機電設(shè)計手冊水力機械》P160 公式35得式中：C=為發(fā)電機利用系數(shù) ，可由《水電站動力設(shè)備手冊水力機械》P160查得（4）定子鐵芯外徑由于定子鐵心外徑的確定與同步轉(zhuǎn)速有關(guān)，由《水電站動力設(shè)備手冊水力機械》P160查得當(dāng)時外形尺寸（一）、平面尺寸平面尺寸可由《水電站動力設(shè)備手冊水力機械》P160查得（1）定子基座外徑 因時，故有：（2）風(fēng)罩內(nèi)徑 ,因Sf 20000kvA故有：（3） 轉(zhuǎn)子直徑 由于在發(fā)電機初步設(shè)計時單位空氣隙可以忽略，則: （4）下機架最大跨度 因則：查《水電站機電設(shè)計手冊水力機械》P162 表36 D1=7m D5=（5推力軸承外徑 查《水電站機電設(shè)計手冊水力機械》P162表37有：D6=460cm （二）、軸向尺寸 查《水電站機電設(shè)計手冊水力機械》P162 相關(guān)計算公式得（1）定子機座高度 因故有： （2）上機架高度（3）推力軸承h3 （4）下機架高度 （5）定子機架支撐面到下機架支撐面到擋風(fēng)板距離（6）下機架支撐面到大軸法蘭距離 根據(jù)已生產(chǎn)發(fā)電機資料 定子支撐面到大軸法蘭盤面距離： （7）轉(zhuǎn)子磁軛軸向高度有風(fēng)扇： 無風(fēng)扇：選擇(8)定子鐵芯軸向中心線到法蘭盤面距離（9）發(fā)電機主軸高度 發(fā)電機總高度：（10）定子機座支撐面到發(fā)電機頂部高度(11)發(fā)電機總高H二、 廠房各高程的確定確定安裝高程 參考《水電站機電設(shè)計手冊水力機械》 P648 尾水管底板高程 式中：—導(dǎo)葉高度，—底環(huán)頂面至尾水管底板的距離（在尾水管繪制圖中查出）進水閥層地面高程式中：《水電站機電設(shè)計手冊—水力分冊》P176 公式41 的取值在尾水管計算中取得 水輪機層高程確定 為蝸殼進口斷面半徑，為蝸殼上部混凝土厚度，金屬蝸殼取 發(fā)電機層高程式中：—機坑進入門上部應(yīng)流尺寸=定子機座高度+上機架高度+定子支座支撐面至下機架支撐面+間隙=+++= 軌頂高程 式中:—上機架高度,—吊運部件與固定物之間的垂直安全距離, —起吊設(shè)備的高度（發(fā)電機主軸高度）10m —吊具高度， —吊車主鉤至軌頂?shù)淖钚【嚯x，取1m天花板高程式中：是橋吊在軌頂以上高度，查《水電站設(shè)計手冊》P334 ， 。屋頂高程式中：為屋頂結(jié)構(gòu)高度，參照《水電站機電手冊》廠房下部分總高度上部分高度1主廠房高度三、 廠房寬度的確定上游側(cè)寬度的確定式中：為風(fēng)罩內(nèi)經(jīng)，前面已經(jīng)計算。 為風(fēng)罩壁厚。 風(fēng)罩外壁至上游墻內(nèi)側(cè)的凈距，一般為3～4m。適當(dāng)留有主閥厚度，并考慮提升時，左右兩側(cè)與墻壁之間要有一定間隙 下游側(cè)寬度的確定式中:—風(fēng)罩內(nèi)徑，—風(fēng)罩壁厚，—輔助通道主廠房寬度四、主廠房長度機組段長度由蝸殼、尾水管、發(fā)電機等設(shè)備在垂直水流方向上的尺寸決定，同時還應(yīng)考慮機組附屬設(shè)備及主要通道、吊物孔的布置及所需尺寸。(1)蝸殼層 式中：蝸殼中最大半徑，及包角為時所對應(yīng)的半徑。 蝸殼外部混凝土厚度，～。 機組段長度 (2)尾水管層 (尾水管層對稱布置) （3）發(fā)電機層 式中：發(fā)電機風(fēng)罩內(nèi)徑， 兩臺機組間風(fēng)罩外壁凈距離 發(fā)電機保護層風(fēng)罩壁厚，～綜上：L1取最大的一個，則發(fā)電機最大端機組段加長長度為了保證機電設(shè)備和輔助設(shè)備處于橋吊工作范圍內(nèi)，邊機組需要加長安裝場長度的確定安裝件長度可按放置一臺機組檢修時的四大部件并留下足夠的工作通道來確定。廠房的總長度為五、廠房剖面圖廠房剖面圖見附錄圖三 第2章 調(diào)節(jié)保證計算及調(diào)節(jié)設(shè)備選擇設(shè)計 調(diào)節(jié)保證計算的目的和任務(wù)一、調(diào)節(jié)保證的目的 電站在運行過程中，常會由于各種事故，機組突然與系統(tǒng)解列，從而造成甩負荷。在甩負荷時，由于導(dǎo)葉迅速關(guān)閉，水輪機的流量會急劇變化，因此在水輪機過水系統(tǒng)內(nèi)會產(chǎn)生水擊，調(diào)節(jié)保證計算就是在初步設(shè)計階段計算出上述過程中最大的轉(zhuǎn)速上升及最大的壓力上升值。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荷的壓力上升和速率上升，并取其大者。二、調(diào)節(jié)保證計算的標準（1）壓力變化計算標準：式中：Hmax—蝸殼壓力最大值，H—計算工況的蝸殼靜壓力。有壓過水系統(tǒng)允許的最大壓力上升率一般不超過下表所列數(shù)值。表21 最大壓力上升率限制值電站設(shè)計水頭（m）﹤4040～100﹥100蝸殼允許最大壓力上升率50%～70%30%～50%﹤30%（2）轉(zhuǎn)速變化計算標準當(dāng)機組容量占電力系統(tǒng)運行總?cè)萘康谋戎夭淮蠡驌?dān)任基荷時，βmax55% βmax為機組甩全部負荷時的轉(zhuǎn)速升高的允許值。三、調(diào)保計算的任務(wù) 水輪發(fā)電機組丟棄負荷后的蝸殼壓力升高值和機組轉(zhuǎn)速升高值以及尾水管的最大真空度與機組關(guān)機規(guī)律和關(guān)機時間有關(guān)，水電站調(diào)節(jié)保證計算的任務(wù)就是根據(jù)水電站引水系統(tǒng)的布置和電站設(shè)計參數(shù)，選擇合適的導(dǎo)葉關(guān)閉規(guī)律和關(guān)機、開機時間，計算水輪發(fā)電機組丟棄負荷或增加負荷后有壓引水管道系統(tǒng)內(nèi)的最大內(nèi)水壓力，計算機組丟棄負荷后的轉(zhuǎn)速升高變化率，計算尾水管的最大真空度，使他們滿足《水電站機電設(shè)計規(guī)范要求》。 注：上述目的、標準、任務(wù)均是按照《畢業(yè)設(shè)計與課程設(shè)計指南》P23 設(shè)計水頭下甩全負荷一、已知計算參數(shù) 壓力鋼管長約為150m，經(jīng)濟流速為5m/s，額定轉(zhuǎn)速為79。二、管道特性系數(shù)壓力鋼管段（1）額定水頭下的流量注：Q11R由HL22046模型曲線查取。（2）設(shè)計水頭下壓力鋼管直徑（3）設(shè)計水頭下管道的注：在設(shè)計水頭下壓力管道的流速即為管道的經(jīng)濟流速。蝸殼段的特性計算由于蝸殼水力流段的特殊，其水力流道為環(huán)形，并且每個斷面的流量QC以及流速VC都不一致，故不得直接計算。所以我們將蝸殼分為若干段，然后取進口段的平均流速以及平均流量，最后再將各段的LV進行相加平均，以減小對蝸殼的計算誤差。本次將蝸殼分為四段。一段，二段三段，四段。（1）蝸殼進口斷面流量A、由于蝸殼在進口斷面時流量還未損失，故Qc=QT ，斷面的流量與蝸殼包角成正比關(guān)系 ，可以查取表11和113. （2）蝸殼計算數(shù)據(jù)如下表表22 蝸殼計算數(shù)據(jù)表斷面號ⅠⅡⅢⅣ相鄰斷面面積Ai相鄰斷面流量Qi相鄰斷面流速平均流速Vi各段長度LiLiVi∑LcVc尾水管段特性計算由于尾水管與蝸殼一樣,有著特殊的壓力流道,本電站的尾水管為彎肘型尾水管,故在任意斷面上尾水管的流速,以及斷面面積都不一致,故不能像壓力壓力引水等直接計算,所以將尾水管分段間接計算出∑LBVB以減少對尾水管∑LBVB的計算誤差。根據(jù)尾水管的特點將尾水管分為三段，一段為直錐段，二段為彎肘段，三段為擴散段。1）尾水管的流量都來自蝸殼，在此過程中五流量損失，故尾水管分段流量QⅠ=QⅡ=QⅢ=QC2）各斷面面積的確定尾水管的計算數(shù)據(jù)如下：表23 尾水管計算數(shù)據(jù)表斷面號ⅠⅡⅢ相鄰斷面面積m3相鄰斷面流量m3/s相鄰斷面速度m/s平均流速m/s各段長度LiLiVi∑LBVB給定關(guān)閉時間將導(dǎo)葉關(guān)閉過程的直線段加以適當(dāng)延長，得到，稱為直線關(guān)閉時間，對于大容量機組可延長至15s,有特殊要求可延長。接力器的直線關(guān)閉時間通常按設(shè)計水頭下，機組甩全負荷時的工況來確定，對于額定水頭下甩負荷的關(guān)閉時間可按下式：因為，所以 根據(jù)HL22046模型水輪機運轉(zhuǎn)特性曲線可得。三、水擊壓力升高計算對于水錘壓力計算需要確定水錘波a,對于埋藏式鋼管水錘波的傳播速度取 壓力鋼管、蝸殼、尾水管相關(guān)數(shù)據(jù)如下：壓力鋼管： 蝸殼： 尾水管 ： 所以總長水錘波速 平均流速 管道的平均特性常數(shù)由，當(dāng)甩全負荷時，閥門全開，=1，因為，查《能源動力類水動專業(yè)畢業(yè)設(shè)計指南與課程設(shè)計指南》P28 圖34得發(fā)生極限水錘（間接水錘）。所以根據(jù)《能源動力類水動專業(yè)畢業(yè)設(shè)計與課程設(shè)計指南》表31，滿足電站設(shè)計要求。所以水機壓力升高，式中：混流式機組取k=.A:壓力水管末端最大壓力上升相對值。B：蝸殼末端最大水錘壓力上升相對值。C:尾水管在導(dǎo)葉或閥門之后，水錘變化現(xiàn)象與壓力管道相反，其進口處壓力壓力下降相對值。D：尾水管的負水錘后，應(yīng)校對尾水管進口處的真空度HB其中，HS—吸出高度 v—尾水管進口流速。應(yīng)為同一時間內(nèi)的最大總和近似計算中，可以取開始關(guān)閉的速度的一半。所以，則滿足壓力升高的要求。四、轉(zhuǎn)速上升計算 假定甩負荷后，導(dǎo)葉開始動作到最大轉(zhuǎn)速時刻之間的水輪機出力隨時間呈直線變換。機組轉(zhuǎn)動慣量：式中:ki—經(jīng)驗系數(shù)，查取《水電站機電設(shè)計手冊》P164表310取ki=， Di—發(fā)電機定子鐵心內(nèi)徑 lt—定子鐵心長度機組慣性時間常數(shù)Ta：調(diào)節(jié)滯后時間常數(shù)Tc：式中Tq為接力器不動時間，取Tq=,bp為調(diào)速器永態(tài)轉(zhuǎn)差系數(shù)，取bp=4%水錘壓力影響系數(shù)水輪機飛逸特性影響系數(shù) 相對轉(zhuǎn)速上升 式中：—甩前單位速度，—單位飛逸轉(zhuǎn)速 則甩負荷時機組的速率上升值：由以上計算可知，本電站機組在設(shè)計水頭下甩全負荷時，壓力升高與轉(zhuǎn)速升高均在允許范圍內(nèi)。 最大水頭甩全負荷最大水頭下機組流量額定轉(zhuǎn)速79。一、管道特性系數(shù)壓力鋼管段最高水頭下的管道流速VTmax所以：蝸殼段： （1）本次將蝸殼分為四段，一段，二段，三段，四段。 （2），各斷面的面積可查表112.(3) 蝸殼計算數(shù)據(jù)表如下：表24 蝸殼計算數(shù)據(jù)表斷面號ⅠⅡⅢⅣ相鄰面積相鄰斷面流量相鄰斷面流速平均流速各段長度LiVi∑LiVi尾水管段：尾水管特性計算數(shù)據(jù)如下表：表25 尾水管計算表數(shù)據(jù)表斷面號ⅠⅡⅢ相鄰斷面面積相鄰斷面流量 相鄰斷面流速平均流速各段長度 LBVB∑LBVB給定關(guān)閉時間將導(dǎo)葉關(guān)閉過程的直線段加以適當(dāng)延長，得到，稱為直線關(guān)閉時間，對于大容量機組可延長至15s,有特殊要求可延長。接力器的直線關(guān)閉時間通常按設(shè)計水頭下，機組甩全負荷時的工況來確定，對于額定水頭下甩負荷的關(guān)閉時間可按下式： 因為，所以 根據(jù)HL22046模型水輪機運轉(zhuǎn)特性曲線可得。 由HL220模型特性曲線查的，最大水頭下帶額定負荷