【正文】 形尺寸尾水管的計(jì)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(duì)轉(zhuǎn)輪直徑轉(zhuǎn)輪出口直徑的混流式水輪機(jī)，取 故 查水電站機(jī)電設(shè)計(jì)手冊(cè)P129表217 由上訴計(jì)算可得尾水管剖面圖，見(jiàn)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(jī)電設(shè)備。立式機(jī)組廠房輪廓的尺寸確定包括：水輪發(fā)電機(jī)外形尺寸估算、廠房長(zhǎng)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(jī)外形尺寸計(jì)算 發(fā)電機(jī)主要尺寸發(fā)電機(jī)額定功率 視在功率 （1）極距τ（cm）的確定查《水電站機(jī)電設(shè)計(jì)手冊(cè)水力機(jī)械》P159公式32得：式中: P—磁極對(duì)數(shù)，由《水輪機(jī)》P170查得為38 發(fā)電機(jī)同步轉(zhuǎn)速 Kf—系數(shù)8～10，取10。 圖15 發(fā)電機(jī)外形尺寸（2） 定子鐵芯內(nèi)徑的確定查《水電站機(jī)電設(shè)計(jì)手冊(cè)水力機(jī)械》P160 公式34得定子鐵芯內(nèi)徑 水輪機(jī)型式的確定： 所以選擇全傘式（3） 定子鐵芯長(zhǎng)度lt(cm)的計(jì)算查《水電站機(jī)電設(shè)計(jì)手冊(cè)水力機(jī)械》P160 公式35得式中：C=為發(fā)電機(jī)利用系數(shù) ，可由《水電站動(dòng)力設(shè)備手冊(cè)水力機(jī)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(dòng)力設(shè)備手冊(cè)水力機(jī)械》P160查得當(dāng)時(shí)外形尺寸（一）、平面尺寸平面尺寸可由《水電站動(dòng)力設(shè)備手冊(cè)水力機(jī)械》P160查得（1）定子基座外徑 因時(shí)，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(jī)初步設(shè)計(jì)時(shí)單位空氣隙可以忽略，則: （4）下機(jī)架最大跨度 因則：查《水電站機(jī)電設(shè)計(jì)手冊(cè)水力機(jī)械》P162 表36 D1=7m D5=（5推力軸承外徑 查《水電站機(jī)電設(shè)計(jì)手冊(cè)水力機(jī)械》P162表37有：D6=460cm （二）、軸向尺寸 查《水電站機(jī)電設(shè)計(jì)手冊(cè)水力機(jī)械》P162 相關(guān)計(jì)算公式得（1）定子機(jī)座高度 因故有： （2）上機(jī)架高度（3）推力軸承h3 （4）下機(jī)架高度 （5）定子機(jī)架支撐面到下機(jī)架支撐面到擋風(fēng)板距離（6）下機(jī)架支撐面到大軸法蘭距離 根據(jù)已生產(chǎn)發(fā)電機(jī)資料 定子支撐面到大軸法蘭盤(pán)面距離： （7）轉(zhuǎn)子磁軛軸向高度有風(fēng)扇： 無(wú)風(fēng)扇：選擇(8)定子鐵芯軸向中心線到法蘭盤(pán)面距離（9）發(fā)電機(jī)主軸高度 發(fā)電機(jī)總高度：（10）定子機(jī)座支撐面到發(fā)電機(jī)頂部高度(11)發(fā)電機(jī)總高H二、 廠房各高程的確定確定安裝高程 參考《水電站機(jī)電設(shè)計(jì)手冊(cè)水力機(jī)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(jìn)水閥層地面高程式中：《水電站機(jī)電設(shè)計(jì)手冊(cè)—水力分冊(cè)》P176 公式41 的取值在尾水管計(jì)算中取得 水輪機(jī)層高程確定 為蝸殼進(jìn)口斷面半徑，為蝸殼上部混凝土厚度，金屬蝸殼取 發(fā)電機(jī)層高程式中：—機(jī)坑進(jìn)入門(mén)上部應(yīng)流尺寸=定子機(jī)座高度+上機(jī)架高度+定子支座支撐面至下機(jī)架支撐面+間隙=+++= 軌頂高程 式中:—上機(jī)架高度,—吊運(yùn)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(jī)主軸高度）10m —吊具高度， —吊車(chē)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(jì)手冊(cè)》P334 ， 。屋頂高程式中：為屋頂結(jié)構(gòu)高度，參照《水電站機(jī)電手冊(cè)》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(jì)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(shí)，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(zhǎng)度機(jī)組段長(zhǎng)度由蝸殼、尾水管、發(fā)電機(jī)等設(shè)備在垂直水流方向上的尺寸決定，同時(shí)還應(yīng)考慮機(jī)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(shí)所對(duì)應(yīng)的半徑。 蝸殼外部混凝土厚度，～。 機(jī)組段長(zhǎng)度 (2)尾水管層 (尾水管層對(duì)稱布置) （3）發(fā)電機(jī)層 式中：發(fā)電機(jī)風(fēng)罩內(nèi)徑， 兩臺(tái)機(jī)組間風(fēng)罩外壁凈距離 發(fā)電機(jī)保護(hù)層風(fēng)罩壁厚，～綜上：L1取最大的一個(gè)，則發(fā)電機(jī)最大端機(jī)組段加長(zhǎng)長(zhǎng)度為了保證機(jī)電設(shè)備和輔助設(shè)備處于橋吊工作范圍內(nèi)，邊機(jī)組需要加長(zhǎng)安裝場(chǎng)長(zhǎng)度的確定安裝件長(zhǎng)度可按放置一臺(tái)機(jī)組檢修時(shí)的四大部件并留下足夠的工作通道來(lái)確定。廠房的總長(zhǎng)度為五、廠房剖面圖廠房剖面圖見(jiàn)附錄圖三 第2章 調(diào)節(jié)保證計(jì)算及調(diào)節(jié)設(shè)備選擇設(shè)計(jì) 調(diào)節(jié)保證計(jì)算的目的和任務(wù)一、調(diào)節(jié)保證的目的 電站在運(yùn)行過(guò)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。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(guò)水系統(tǒng)內(nèi)會(huì)產(chǎn)生水擊，調(diào)節(jié)保證計(jì)算就是在初步設(shè)計(jì)階段計(jì)算出上述過(guò)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(jì)算一般應(yīng)對(duì)兩個(gè)工況進(jìn)行，即計(jì)算設(shè)計(jì)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。二、調(diào)節(jié)保證計(jì)算的標(biāo)準(zhǔn)（1）壓力變化計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)：式中：Hmax—蝸殼壓力最大值，H—計(jì)算工況的蝸殼靜壓力。有壓過(guò)水系統(tǒng)允許的最大壓力上升率一般不超過(guò)下表所列數(shù)值。表21 最大壓力上升率限制值電站設(shè)計(jì)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(jì)算標(biāo)準(zhǔn)當(dāng)機(jī)組容量占電力系統(tǒng)運(yùn)行總?cè)萘康谋戎夭淮蠡驌?dān)任基荷時(shí)，βmax55% βmax為機(jī)組甩全部負(fù)荷時(shí)的轉(zhuǎn)速升高的允許值。三、調(diào)保計(jì)算的任務(wù) 水輪發(fā)電機(jī)組丟棄負(fù)荷后的蝸殼壓力升高值和機(jī)組轉(zhuǎn)速升高值以及尾水管的最大真空度與機(jī)組關(guān)機(jī)規(guī)律和關(guān)機(jī)時(shí)間有關(guān)，水電站調(diào)節(jié)保證計(jì)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(jì)參數(shù)，選擇合適的導(dǎo)葉關(guān)閉規(guī)律和關(guān)機(jī)、開(kāi)機(jī)時(shí)間，計(jì)算水輪發(fā)電機(jī)組丟棄負(fù)荷或增加負(fù)荷后有壓引水管道系統(tǒng)內(nèi)的最大內(nèi)水壓力，計(jì)算機(jī)組丟棄負(fù)荷后的轉(zhuǎn)速升高變化率，計(jì)算尾水管的最大真空度，使他們滿足《水電站機(jī)電設(shè)計(jì)規(guī)范要求》。 注：上述目的、標(biāo)準(zhǔn)、任務(wù)均是按照《畢業(yè)設(shè)計(jì)與課程設(shè)計(jì)指南》P23 設(shè)計(jì)水頭下甩全負(fù)荷一、已知計(jì)算參數(shù) 壓力鋼管長(zhǎng)約為150m，經(jīng)濟(jì)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(jì)水頭下壓力鋼管直徑（3）設(shè)計(jì)水頭下管道的注：在設(shè)計(jì)水頭下壓力管道的流速即為管道的經(jīng)濟(jì)流速。蝸殼段的特性計(jì)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(gè)斷面的流量QC以及流速VC都不一致，故不得直接計(jì)算。所以我們將蝸殼分為若干段，然后取進(jìn)口段的平均流速以及平均流量，最后再將各段的LV進(jìn)行相加平均，以減小對(duì)蝸殼的計(jì)算誤差。本次將蝸殼分為四段。一段，二段三段，四段。（1）蝸殼進(jìn)口斷面流量A、由于蝸殼在進(jìn)口斷面時(shí)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(jì)算數(shù)據(jù)如下表表22 蝸殼計(jì)算數(shù)據(jù)表斷面號(hào)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(zhǎng)度LiLiVi∑LcVc尾水管段特性計(jì)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(jì)算,所以將尾水管分段間接計(jì)算出∑LBVB以減少對(duì)尾水管∑LBVB的計(jì)算誤差。根據(jù)尾水管的特點(diǎn)將尾水管分為三段，一段為直錐段，二段為彎肘段，三段為擴(kuò)散段。1）尾水管的流量都來(lái)自蝸殼，在此過(guò)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(jì)算數(shù)據(jù)如下：表23 尾水管計(jì)算數(shù)據(jù)表斷面號(hào)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(zhǎng)度LiLiVi∑LBVB給定關(guān)閉時(shí)間將導(dǎo)葉關(guān)閉過(guò)程的直線段加以適當(dāng)延長(zhǎng)，得到，稱為直線關(guān)閉時(shí)間，對(duì)于大容量機(jī)組可延長(zhǎng)至15s,有特殊要求可延長(zhǎng)。接力器的直線關(guān)閉時(shí)間通常按設(shè)計(jì)水頭下，機(jī)組甩全負(fù)荷時(shí)的工況來(lái)確定，對(duì)于額定水頭下甩負(fù)荷的關(guān)閉時(shí)間可按下式：因?yàn)?，所?根據(jù)HL22046模型水輪機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)特性曲線可得。三、水擊壓力升高計(jì)算對(duì)于水錘壓力計(jì)算需要確定水錘波a,對(duì)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(zhǎng)水錘波速 平均流速 管道的平均特性常數(shù)由，當(dāng)甩全負(fù)荷時(shí)，閥門(mén)全開(kāi)，=1，因?yàn)?，查《能源?dòng)力類(lèi)水動(dòng)專(zhuān)業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)指南與課程設(shè)計(jì)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(dòng)力類(lèi)水動(dòng)專(zhuān)業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)與課程設(shè)計(jì)指南》表31，滿足電站設(shè)計(jì)要求。所以水機(jī)壓力升高，式中：混流式機(jī)組取k=.A:壓力水管末端最大壓力上升相對(duì)值。B：蝸殼末端最大水錘壓力上升相對(duì)值。C:尾水管在導(dǎo)葉或閥門(mén)之后，水錘變化現(xiàn)象與壓力管道相反，其進(jìn)口處壓力壓力下降相對(duì)值。D：尾水管的負(fù)水錘后，應(yīng)校對(duì)尾水管進(jìn)口處的真空度HB其中，HS—吸出高度 v—尾水管進(jìn)口流速。應(yīng)為同一時(shí)間內(nèi)的最大總和近似計(jì)算中，可以取開(kāi)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(jì)算 假定甩負(fù)荷后，導(dǎo)葉開(kāi)始動(dòng)作到最大轉(zhuǎn)速時(shí)刻之間的水輪機(jī)出力隨時(shí)間呈直線變換。機(jī)組轉(zhuǎn)動(dòng)慣量：式中:ki—經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，查取《水電站機(jī)電設(shè)計(jì)手冊(cè)》P164表310取ki=， Di—發(fā)電機(jī)定子鐵心內(nèi)徑 lt—定子鐵心長(zhǎng)度機(jī)組慣性時(shí)間常數(shù)Ta：調(diào)節(jié)滯后時(shí)間常數(shù)Tc：式中Tq為接力器不動(dòng)時(shí)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(jī)飛逸特性影響系數(shù) 相對(duì)轉(zhuǎn)速上升 式中：—甩前單位速度，—單位飛逸轉(zhuǎn)速 則甩負(fù)荷時(shí)機(jī)組的速率上升值：由以上計(jì)算可知，本電站機(jī)組在設(shè)計(jì)水頭下甩全負(fù)荷時(shí)，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(fù)荷最大水頭下機(jī)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(jì)算數(shù)據(jù)表如下：表24 蝸殼計(jì)算數(shù)據(jù)表斷面號(hào)ⅠⅡⅢⅣ相鄰面積相鄰斷面流量相鄰斷面流速平均流速各段長(zhǎng)度LiVi∑LiVi尾水管段：尾水管特性計(jì)算數(shù)據(jù)如下表：表25 尾水管計(jì)算表數(shù)據(jù)表斷面號(hào)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(zhǎng)度 LBVB∑LBVB給定關(guān)閉時(shí)間將導(dǎo)葉關(guān)閉過(guò)程的直線段加以適當(dāng)延長(zhǎng)，得到，稱為直線關(guān)閉時(shí)間，對(duì)于大容量機(jī)組可延長(zhǎng)至15s,有特殊要求可延長(zhǎng)。接力器的直線關(guān)閉時(shí)間通常按設(shè)計(jì)水頭下，機(jī)組甩全負(fù)荷時(shí)的工況來(lái)確定，對(duì)于額定水頭下甩負(fù)荷的關(guān)閉時(shí)間可按下式： 因?yàn)椋?根據(jù)HL22046模型水輪機(jī)運(yùn)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(fù)荷