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1、第三章第三章 调速器选择调速器选择3.1 调节保证计算调节保证计算3.1.1 调节保证计算的任务和标准（1）调节保证计算的任务调节保证计算是研究机组突然改变较大负荷时调节系统过度过程的特性，计算机组的转速变化和压力输水系统压力变化，选定导水机构合理的调节时间和启闭规律，解决压力输水系统惯性、机组惯性力矩和调整特性三者之间的矛盾，使水工建筑物和机组既经济合理又安全可靠。具体任务如下：根据水电站压力输水系统特性和机组飞轮力矩，选定导水机构合理的调节时间和启闭规律，保证在选定的调节时间内压力和转速变化不超过允许值。已知压力输水系统特性时，确定压力输水系统中的最大水锤压力变化值；或者已知压力变化的允许
2、值，校核压力输水系统（包括尾水隧洞）是否需要采取设置调压井、调压阀或加大管径等措施。已知机组飞轮力矩时，确定机组的最大转速变化值；或者按允许的最大转速变化值，选定机组的飞轮力矩。必要时进行导叶分段关闭的计算。（2）调节保证计算标准A、压力变化计算标准机组甩去全负荷时，蜗壳允许的最大压力升高，按表可知当电站设计max水头在 40100 米时，为 3050%。随着生产技术水平的提高，有逐步maxmax提高的趋势。设置调压阀时，0.2。甩全负荷时，尾水管进口允许的maxmaxH最大真空度为 8 米水柱。机组突增负荷时，压力输水系统内任何一段均不允许发生负压。B、转速变化计算标准机组甩全负荷后的转速升
3、高允许值与多方面因素有关，考虑到目前国内的设计、制造、运输等情况，机组甩全负荷时的转速的允许值按以下情况max考虑：当机组容量占电力系统运行总容量的比重较大时，且担负调频任务时，宜小于 45%；当机组容量占电力系统运行总容量的比重不大或担负基荷时，宜小于55%；对水斗式水轮机宜小于 30%。3.1.2 压力升高计算（1） 计算过水系统平均流速：1、压力钢管及TLTV=96.9m，D=5.5mTL= (3-1)TVsm DDQr66. 914. 336.2994422则smVLTT205.93666. 99 .962、蜗壳和 CLCV表 3-1 蜗壳断面流速计算表=33.7m CLsmVLCC2
4、195.793、尾水管和BLBV将尾水管分为三段：1 段：尾水管直锥段2 段：肘管段3 段：出口扩散段相邻断面面积2m197.4168.2133.9101.369.9相邻断面平均流速 m/s1.51.82.23.04.3平均流速 m/s1.651.52.63.65长度 m262.82.72.2iiVLsm242.94.27.028.03表 3-2 尾水管断面流速计算表管道编号IIIIIIV 相邻断面面积sm223.7523.7529.3471.10相邻断面流速 m/s12.612.610.24.2平均流速 m/s12.611.47.2各段管长4.8737.9219.58iiVLsm261.40
5、102.94140.98=32.373m BLsmVLBB27 .336则 smVLVLVLVLCCBBTTii29 .13517 .336195.7905.936mLLLLCBT97.162373.327 .339 .96sm LVLVii pj30. 897.1629 .1351（2）管道特性系数的确定反映管道特性的两个常数为，02gHavhwsTgHLV 0V 为导水机构开始关闭前管道中的水流速度，T 为水轮机导水机构的有效 S关闭时间，a 为压力波传播速度；对于金属管近似取 1000m/s （见文献3P75） ，为导水机构调整前的水轮机静水头。0Hsm DQvr66. 95 . 514
6、. 336.2294422mH2 .703 .1935 .263210其中：为上游正常水位，为正常尾水位，T 一般为 510 秒，对于12 S大容量机组可达到 15 秒，有特殊要求的情况可延长（见文献4P212） 。暂取 T =8s 进行计算： S= 02gHavhw02. 72 .708 . 9266. 91000=sTgHLV 024. 082 .708 . 99 .1351（3）判断水锤的性质当导水机构关闭（或开启）时间小于等于水管反射时间时，则发生直sTrT接水锤，为弹性波压力钢管内往返一次所经历的时间即水锤相：rT（s） （见文献4P211） (3-2)aLTr2当导水机构关闭（或开
7、启）时间大于时则发生间接水锤。sTrT=aLTr2s325. 0100097.1622=sTKsdTTT其中为接力器开始动作到全速的时间，T 为导叶直接关闭时间，为dT SKT接力器缓冲时间，一般可以用 T 做调节参数整定调速器。在这里 T =8s， S SrT所以发生间接水锤。（4）判断最大水锤所发生的相一般来说，在甩负荷的情况下，只有高水头电站才有可能出现第一相水锤，而低水头电站（低于 70150 米）最大水锤压力一般发生在末相。本电站最大水头为 67.5 米，所以最大水锤应该发生在末相。则最大压力上升值计算式为：（见文献9P236） (3-3)422代入数据得出：=42227. 0)24
8、. 0424. 0(224. 02由于上式是根据冲击式水轮机为条件推导出来的，对反击式水轮机而言则需要乘以一个修正系数即，其中对于混流式水轮机而言 K=1.2，对于Kmax轴流式水轮机 K=1.4。所以该方案：=Kmax324. 027. 02 . 1（5）计算引水管道的最大水锤压力升高22. 0324. 09 .135105.936maxLVVLTT T（文献4P214）4 .152 .7022. 00HHT（6）蜗壳压力升高243. 0324. 09 .1351195.7905.936maxLVVLVLCCTT C（文献4P214）7 .222 .70243. 00HHCC（7）尾水管的最
9、大压力降低081. 0324. 09 .13517 .336maxLVVLBB B（文献4P214）69. 52 .70081. 00HHBB（8）尾水管真空m8m 4 . 769. 58 . 92 66. 91222 BSBHgvHH即尾水管真空符合设计要求。3.1.3 速率上升的计算和确定导叶直线关闭时间甩负荷时机组的速率上升值，其中为初始转速，即%10000maxnnn0n甩负荷前稳定转速；为甩负荷过程中产生的最大转速。maxn在设计时可以参考公式：（文献4P220） (3-121aSnC TfTT4)式子中：为机组惯性时间常数（s） ， 见文献4P221。aTrr aPnGDT3652
10、2 为机组转动部分飞轮力矩；为机组额定转速；为额定出2GD2mt rnminrrP力 KW；为调节滞后时间，其中为接力器不动时间，一般CTapqCTbTT21qT为 0.050.2s，在这里取 0.1s。为永态转差系数一般取 26%，在这里取 4%。pb= rr aPnGDT36522 s2 .131428573651 .10735.599652 = apqCTbTT21s43. 02 .1305. 05 . 01 . 0T 为导水机构的直接关闭时间，可取 510s S利用列表法计算和：max当 T =5s 时， S=sTgHLV 039. 052 .708 . 99 .1351=42247.
11、 0439. 039. 0195. 02=1.2 0.47=0.564Kmax308. 112564. 02564. 01122122 maxmaxf为相对升速时间，=0.9-0.00063 见文献4P221）nnsn= sn45000HNnKWm2.1992.20397.404792.701428571.10745所以 =0.9-0.00063=0.9-0.00063 199.2=0.775nsn=121aSnC TfTT2 . 012 .13308. 15775. 043. 021同样方法可以求出当 T 为 6s，7s，8s，9s 和 10s 时的和见下表： Smax表 3-3 不同导叶关
12、闭时间下的速率上升和压力升高值表（s）sT56789100.20.230.250.270.290.32max0.5640.4680.3840.3240.2880.264综合来看=8s 时比较适合，此时=0.27，=0.324。sTmax3.1.4 校验（1）求最大水头与设计水头下所需水轮机流量的比例系数根据得：QHN81. 9smKW HNQr3max15 .23492. 05 .6781. 9142857 81. 902. 136.2295 .2341rQQ（2）按换算和iiVLcpVsmVLVLTTTT223.95505.93602. 1smVLVLCCCC278.80195.7902.
13、1smVLVLBBBB243.3437 .33602. 1sm LVLVii cp46. 897.16243.34378.8023.955（3） 最大水头时甩负荷相应的关闭时间001 SSHTT式中：为最大水头下带额定负荷时的导叶开度01为设计水头下带额定负荷时的导叶开度0经试算得出： 01mmDDM8 .2785 .2811=001 SSHTTsTS13. 73138 .278（4）相应的引水管道特性系数02gHavhw51. 73 .588 . 9258. 81000sTgHLV 034. 013. 73 .588 . 971.1383（5）相应的引水管水锤压力=4224 . 0434.
14、034. 0234. 02=1.2=0.48Kmax4 . 0（6）蜗壳最大受压计算438. 048. 071.138372.3726 .890max1 1iiCCTT CVLVLVLmHHCC54.253 .58438. 0011调节保证计算的主要参数表如下：表 3-4 所选择的导叶关闭时间下的各参数表（s）sTmax1CHBH80.420.34825.547.343.2 调速器选择调速器选择3.2.1 计算调速功由于本机组为大型反击式水轮机，因此不须计算调速功。3.2.2 主配压阀直径的确定大型调速器的容量选择主要是选择合适的主配压阀直径，目前调速器的主配直径已经形成系列有 80，100，150，200，250 毫米等规格。调速器初
