【正文】 1sT 為導(dǎo)葉關(guān)閉至空轉(zhuǎn)開(kāi)度的歷時(shí)，對(duì)于混流式和水斗式水輪機(jī)1 ? ，對(duì)于軸流式水輪機(jī) 1 ? 。 西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 30 水流最大速度為： m a xm a x 221 2 0 .9 4 .2 8 /63 .1 444QV m sD?? ? ?? 管道特性系數(shù)為： maxmax1 2 0 0 4 . 2 8 3 . 1 12 2 9 . 8 1 8 4 . 3cVgH? ?? ? ??? m axm ax4 6 0 4 . 2 8 0 . 3 49 . 8 1 8 4 . 3 7sLVg H T? ?? ? ??? 丟棄全負(fù)荷時(shí)： 0 1?? ， 0 ?? ??，所以發(fā)生末相水擊。 則 ? ?2 3 . 5 3 . 5 22= 5 . 2 7 . 8 1 1 . 5 6 1 0 8 0 0itG D K D l t m? ? ? ? ? 將以上數(shù)值代入轉(zhuǎn)速上升率公式得： 012 2 20365 365 7500 0 5 91 1 1 1 7150 1080 0sN T fn GD? ? ? ?? ? ? ? ? ? ?? 機(jī)組轉(zhuǎn)速最高值： ? ? ? ?m a x 0 1 15 0 0. 37 1 20 5. 5 / m inn n r?? ? ? ? ? ? 由以上計(jì)算知，當(dāng)導(dǎo)葉啟閉時(shí)間為 7s 時(shí)，在設(shè)計(jì)水頭下丟棄全負(fù)荷，水錘壓力上升值與轉(zhuǎn)速上升率均在規(guī)定范圍內(nèi)。 iD 為定子鐵芯內(nèi)徑（ m）。 f 為水錘影響系數(shù)，查水電站建筑物教材 141 頁(yè)圖 915 水錘影響系數(shù)根據(jù)管道特性系數(shù)得 ? 。 1sT 為導(dǎo)葉關(guān)閉至空轉(zhuǎn)開(kāi)度的歷時(shí)，對(duì)于混流式和水斗式水輪機(jī)1 ? ，對(duì)于軸流式水輪機(jī) 1 ~ ? 。 水流最大速度為： m a xm a x 221 2 0 .9 4 .2 8 /63 .1 444QV m sD?? ? ?? 管道特性系數(shù)為： max01 2 0 0 4 . 2 8 3 . 5 92 2 9 . 8 1 7 3cVgH? ?? ? ??? max04 6 0 4 . 2 8 0 . 3 99 . 8 1 7 3 7sLVg H T? ?? ? ??? 丟棄全負(fù)荷時(shí)： 0 1?? ， 0 ?? ??，所以發(fā)生末相水擊。 ? ? ? ?220 .4 64 0 .4 6 0 .4 6 4 0 .5 822m ?? ? ?? ? ? ? ? ? ? ? 根據(jù)調(diào)節(jié)保證計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)，水錘壓力上升率不滿(mǎn)足要求，不再計(jì)算轉(zhuǎn)速上升率。 設(shè)計(jì)水頭下丟棄全負(fù)荷計(jì)算 西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 28 相長(zhǎng)為： 2 2 4 6 0 0 .7 71200l sc ??? 導(dǎo)葉啟閉時(shí)間為： 26s lTsc??，因此此時(shí)發(fā)生的是間接水錘。 水電站設(shè)計(jì)水頭為 。 機(jī)組轉(zhuǎn)速為 150r/min，單機(jī)最大引用流量為 /ms。 調(diào)節(jié)保證計(jì)算基本數(shù)據(jù) 由前面計(jì)算可知，壓力管道長(zhǎng)度取為 460m，壓力鋼管直徑為 6m。 調(diào)節(jié)保證計(jì)算過(guò)程 水電站的調(diào)節(jié)保證計(jì)算一般按以下兩種工況計(jì)算，并取較大值： 在設(shè)計(jì)水頭下丟棄全負(fù)荷，通常發(fā)生最大轉(zhuǎn)速上升率。 調(diào)節(jié)保證計(jì)算的內(nèi)容 丟棄全負(fù)荷或部分負(fù)荷時(shí)：機(jī)組轉(zhuǎn)速最大升高值、壓力管道及蝸殼內(nèi)的最大水擊壓強(qiáng)、尾水管真空度校核，同時(shí)應(yīng)注意開(kāi)度變化時(shí)的反擊水擊是否超過(guò)了增加負(fù)荷時(shí)的水擊值。 西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 27 調(diào)節(jié)保證計(jì)算的標(biāo)準(zhǔn) 機(jī)組在丟棄負(fù)荷的過(guò)程中，一般情況下，最大轉(zhuǎn)速上升率 max 55%? ? ，對(duì)于大型電站 max 45%? ? ，對(duì)于沖擊式機(jī)組 max 30%? ? 。 研究減小水擊壓強(qiáng)及機(jī)組轉(zhuǎn)速變化的措施。 計(jì)算丟棄負(fù)荷和增加負(fù)荷時(shí)轉(zhuǎn)速變化率，并檢驗(yàn)其是否在允許的范圍內(nèi)。 則 ssgH vLTriiw 4~ 4460 ?????? ? 綜合經(jīng)濟(jì)比較后，不設(shè)置調(diào)壓室。壓力水道中的流速取為各段水道的平均流速，取為 4m/s。 初步分析時(shí)，可用表征壓力引水系統(tǒng)慣性大小的水流加速時(shí)間，也稱(chēng)作壓力引水道 西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 26 的慣性時(shí)間常數(shù)值 wT 來(lái)判斷設(shè)置上游調(diào)壓室的 條件，其式為： ? ?iiwwrLvTTgH??? 上式中： iL 為壓力引水道（包括蝸殼及尾水管）各段之長(zhǎng)度； iv 為上述各段水道相應(yīng)的流速； g為重力加速度； rH 為水輪機(jī)的設(shè)計(jì)水頭； ? ?wT 為 wT 的允許值，一般取為 2~4s。這樣就相當(dāng)于把引水系統(tǒng)分為兩段，調(diào)壓室以前這段引水道，基本上可以避免水錘壓力的影響；調(diào)壓室以后的壓力管道，由于縮短了水錘波傳遞的路程，從而減少了壓力管道中的水錘值，改善了機(jī)組運(yùn)行條件及供電質(zhì)量。 西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 25 綜合以上因素，并考慮到廠(chǎng)房的位置布置，以及尾水道的布置，確定 1線(xiàn)路為最終引水線(xiàn)路設(shè)計(jì)方案。 從引水線(xiàn)路地質(zhì)條件來(lái)看， 1線(xiàn)路的地質(zhì) 條件較好，而 2線(xiàn)路在上、下游均有小部分距離經(jīng)過(guò)地質(zhì)條件不好的區(qū)域，但基本上不影響壓力管道的安全性。 從線(xiàn)路距離來(lái)看， 1和 2線(xiàn)路距離相差不大，所以從洞線(xiàn)的開(kāi)挖、壓力鋼管的耗用量、施工工期、工作量等方面來(lái)說(shuō)， 1和 2線(xiàn)路均差不多?，F(xiàn)分別就所選兩條線(xiàn)路從各方面進(jìn)行比較，以選擇合理的方案進(jìn)行設(shè)計(jì)。 線(xiàn)路比較 根據(jù)洞線(xiàn)選擇條件初步選擇兩條引水線(xiàn)路，從工程地質(zhì)平面圖上可以看出，因壩址處距離下游大峽溝溝口處較近，且根據(jù)上游地質(zhì)條件選擇的進(jìn)水口位置距離壩址也較近，使得引水線(xiàn)路距離較短，因此整段引水線(xiàn)路均采用壓力鋼管布置。 經(jīng)計(jì)算得 ： mS k ????? 綜合分析并考慮到風(fēng)浪的影響，取淹沒(méi)深度為 。 v為閘門(mén)斷面的水流流速，取閘門(mén)段面最大引用流量時(shí)的流速。并應(yīng)使進(jìn)水口的底板高程高于水庫(kù)淤沙高程~，但本水電站樞紐的水庫(kù)淤沙高程較低，不影響進(jìn)水口高程的選擇與布置，因此該因素不予考慮。 則通氣孔面積為： mvQAaa ??? 為了便于進(jìn)水口及壓力管道的維護(hù)與檢修，需設(shè)進(jìn)人孔，其位置設(shè)在工作閘門(mén)之后。 通氣孔面積按下式計(jì)算： aavQA? aQ 為進(jìn)水口流量，這里取單機(jī)最大引用流量 sm /3 。A 為引水?dāng)嗝娴拿娣e（按漸變段末端計(jì)算） ?為引水道中心線(xiàn)水平面間夾角，本設(shè)計(jì)取 o0?? c為收縮系數(shù)，一般取 ~，本設(shè)計(jì)取 ?c 由上式計(jì)算得： 2239。進(jìn)口的面積應(yīng)不小于下式的計(jì)算值： ?cos/39。 閘門(mén)段設(shè)計(jì)為橫斷面為矩形的水平段，高度取為 7m。 9 .6 ta n 3 0 .5ohm?? 39。收縮角不超過(guò) 10 度，以 6~9 度為宜，本設(shè)計(jì)取為 6 度。 一般情況下 4/3/ ?ba 漸變段 尺寸計(jì)算 漸變段是閘門(mén)段到壓力管道的過(guò)渡段，其斷面面積和流速應(yīng)逐漸變化，使水流不產(chǎn)生漏流并盡可能減少水頭損失。 b 為橢圓曲線(xiàn)的短半軸，一般?。?1/3~1/2)D，本設(shè)計(jì)取 1/3D=2m。 進(jìn)口段尺寸計(jì)算 進(jìn)口段頂板曲線(xiàn)采用 1/4 橢圓曲線(xiàn) 22221xyab??。 引水道經(jīng)濟(jì)直徑為 33m a x7 75 . 2 5 . 2 1 2 0 . 9 5 . 473QDmH ?? ? ? 西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 20 按經(jīng)濟(jì)流速計(jì) 算 m a x 1 2 0 . 91 . 1 3 1 . 1 3 6 . 24QDmv? ? ? 取 4/v m s? 為減小引水道內(nèi)的水錘壓力值，引水道直徑取稍大值，這里取 D=6m。考慮到本水電站僅有兩臺(tái)機(jī)組，為保證發(fā)電的穩(wěn)定性，最終決定采用單元供水方式。聯(lián)合供水方式在布置上較單元供水容易，但估算本水電站的單機(jī)引用流量較大，因此若采用聯(lián)合供水，則主管道的規(guī)模較大，對(duì)于管道的生產(chǎn)以及運(yùn)輸安裝都有較大的問(wèn)題。 供水方式的選擇 壓力管道向多臺(tái)機(jī)組供水的方式有三種，單元供水、聯(lián)合供水和 分組供水。而塔式則適用于岸坡地質(zhì)條件較差的地方。因壩式進(jìn)水口適用于壩后式廠(chǎng)房和河床式廠(chǎng)房，而本水電站樞紐工程的廠(chǎng)房類(lèi)型為岸邊引水式，故壩式進(jìn)水口不適用。 進(jìn)水口的類(lèi)型 為保證有較好的水流條件及水流流態(tài)，進(jìn)水口采用有壓進(jìn)水口。其各參數(shù)如下： 額定轉(zhuǎn)速 min/150 rn ? 定子鐵芯外徑 cmDa 854? 定子鐵芯內(nèi)徑 cmDi 781? 定子鐵芯長(zhǎng)度 cmLt 156? 定子機(jī)座高度 mmh 29801 ? 上機(jī)架高度 mmh 15602 ? 勵(lì)磁機(jī)高度 mmh 19694 ? 發(fā)電機(jī)主軸高度 mmh 816411 ? 機(jī)座外徑 mmD 101001 ? 風(fēng)罩內(nèi) 徑 mmD 128002 ? 轉(zhuǎn)子外徑 mmD 77683 ? 水輪機(jī)基坑直徑 mmD 60005 ? 轉(zhuǎn)子重 tGz 330? 定子重 tGd 160? 總重 tGp 635? 最大運(yùn)輸部件長(zhǎng)寬高尺寸為 、 、 起重設(shè)備的選擇 水電站廠(chǎng)房起重設(shè)備一般采用橋式起重機(jī)或門(mén)式起重機(jī)，而橋式起重機(jī)又有單小車(chē)和雙小車(chē)兩種。 轉(zhuǎn)輪重量 估算 查《水電站設(shè)計(jì)手冊(cè)水力機(jī)械分冊(cè)》 143 頁(yè)圖 256 水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪重量估算曲線(xiàn)，根據(jù)轉(zhuǎn)輪直徑及水頭大小可查得水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪重量為 45 噸。1 / m inrnr? ， 39?？梢钥闯鲞@些直線(xiàn)所圍成的范圍基本上包括了特性曲線(xiàn)的高效率區(qū)，所以所選擇的水輪機(jī)參數(shù)都比較合理。1 m ax 7 4 .8 / m innr? 和 39。 11 1 5 0 3 . 8 7 4 . 8 / m in58rrnDnrH ?? ? ? 查 HL220 水輪 機(jī) 模 型 綜 合 特 性 曲 線(xiàn) 圖 ， 分 別 畫(huà) 出 39。 11 1 5 0 3 . 8 6 6 . 7 / m in73rrnDnrH ?? ? ? 在最大水頭 max ? 時(shí)， 西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 15 39。 2 2 3ma x 1 ma x 1 0 . 9 8 3 . 8 7 3 1 2 0 . 9 /rQ Q D H m s? ? ? ? ? 對(duì) 39。1maxQ 和各種特征水頭下相應(yīng)的轉(zhuǎn)速值分別為： 39。 7 0 7 5 1 5 9 . 5 / mi n3 . 8nr?? 為避免水輪機(jī)轉(zhuǎn)速過(guò)高，選擇與之接近的標(biāo)準(zhǔn)同步轉(zhuǎn)速 150r/min。1n? 可忽略不計(jì)，則以 39。1 m a x39。10Mn 為 70r/min。 39。 且式中 39。101anHn D? 其中， 39。 551m ax m ax10 .4 61 ( 1 ) 1 ( 1 0 .9 1 ) 9 4 .1 %3 .8MM DD??? ? ? ? ? ? ? 考慮到制造工藝水平的情況取 1 1%?? ，由于水輪機(jī)所應(yīng)用的蝸殼和尾水管型式與模型基本相似，故認(rèn)為 2 0?? ，則效率修正值 ?? 為： 西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 14 m a x m a x 1 0 .9 4 1 0 .9 1 0 .0 1 0 .0 2 1M? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ? 由此求得水輪機(jī)在限制工況下的效率為： 0 .8 9 0 .0 2 1 0 .9 1 1M? ? ?? ? ? ? ? ? 與原來(lái)假定的效率 91%相同。 計(jì)算得轉(zhuǎn)輪直徑為 1 ? ， 根據(jù)系列尺寸選用接近而偏大的標(biāo)準(zhǔn)直徑 ，以使水輪機(jī)有一定的富裕容量。 查表得 HL220 型水輪機(jī)在限制工況下的單位流量 39。 水輪機(jī)主要參數(shù)選擇 轉(zhuǎn)輪直徑的計(jì)算 轉(zhuǎn)輪直徑1 39。相比軸流式水輪機(jī)應(yīng)用也較為普遍，因此本水電站廠(chǎng)房工程采用混流式水輪機(jī)。 可供選擇的水輪機(jī)基本類(lèi)型有混流式和軸流式。 綜合考慮，本水電站樞紐選用兩臺(tái)機(jī)組，單機(jī)容量預(yù)算為 千瓦。為了水電站的運(yùn)行可靠性和靈活性，一般應(yīng)不少于兩臺(tái)機(jī)組。因此若選用 1 臺(tái)機(jī)組不適宜。但在大多數(shù)情況下，機(jī)組臺(tái)數(shù)增多將會(huì)增加投資。 從機(jī)組臺(tái)數(shù)與水電站投資的方面考慮，機(jī)組臺(tái)數(shù)過(guò)多時(shí)，相應(yīng)的輔助設(shè)備等也會(huì)增多，勢(shì)必會(huì)增加投資。 從機(jī)組臺(tái)數(shù)與機(jī)電設(shè)備制造的方面考慮，采用 3 臺(tái)機(jī)組和 4 臺(tái)機(jī)組的情況下，單位千瓦消耗的材料太多，且制造工作量大，安裝時(shí)間也較多。 水輪機(jī)的選擇，在確定水輪機(jī)的型號(hào)和有關(guān)參數(shù)時(shí)，應(yīng)結(jié)合樞紐布置、工期安排以及水輪機(jī)的制造、運(yùn)輸、安裝和運(yùn)行維護(hù)等方面的因素，列出可能的水輪機(jī)待選方案，進(jìn)行各方案