第二章 调节保证计算
第一节 调节保证计算的任务和标准
一、调节保证计算的目的和意义
在电站的运行中，常会遇到各种事故，机组突然与系统解列，把负荷甩掉。在甩负荷时，导叶迅速关闭，水轮机的流量急剧变化，因此在水轮机的引水系统中产生水击，特别是甩（增）全负荷时产生的最大压力上升（最大压力下降），对压力管道系统的强度影响最大。工程实践中曾发生过因甩负荷致使压力上升太高，从而导致压力钢管爆破的灾难事故；同时因为机组负荷全部丢失，如果不及时地采取措施，可导致转速上升过高，也会影响机组的强度、寿命，并引起机组的振动。为了避免以上事故的发生，在设计阶段应该计算出上述过渡过程中最大转速上升和最大压力上升值，以保证电站的安全可靠运行。
在电站初步选定压力引水系统的布置、尺寸和机组型号后，通过调节保证计算，正确合理地选择导叶关闭的时间，使最大压力上升和最大转速上升都在允许的范围内。
二、调节保证计算的标准
nmax?n0。一般情况下，最大转速上升率n0 机组在甩负荷过程中转速上升率为
???max?55%。对于大型电站?max?45%，对于冲击式机组?max?35%。当机组甩全负荷
时，有压过水系系统允许的最大压力上升率见下表。尾水管的真空值不大于8~9mH2O。 机组甩负荷时有压过水系统允许的最大压力上升率见表6-1：
表6-1 机组甩负荷时有压过水系统允许的最大压力上升率
电站设计水头Hr(m) ?40 40~100 ?100 蜗壳允许最大压力上升率? 70%~50% 50%~30% ?30% 该电站设计水头为76m，且在系统中承担调峰调频任务，故??30%。
三、本水电站基本参数
电站形式：坝后式
水头：Hmax?95m,Hr?76m 水轮机型号：HLD74—LJ—450 水轮机额定出力：151300KW 机组额定转速：166.7r/min 机组转动惯量：19383.58t·㎡ 吸出高度：HS=-3.15m
发电机型号：SF151.3-36/948.42 发电机容量：172914KVA 压力波速:ａ=1000m／s 引水钢管长:186m 机组台数：4台
第二节 调节保证主要参数计算
一、计算压力引水管的?LTiVTi
机组段长度的确定：
确定机组段长度，是确定两台机组间的安装距离。 立轴式反击式机组的机组段长度主要由蜗壳、尾水管、发电机等设备在x轴方向的尺寸确定。同时还应考虑机组附属设备及主要通道、吊物孔的布置及其所需尺寸。
机组段长度L1可按下式计算： L1=L?x+L?x
式中：L?x——机组段+x方向的最大长度；
L?x——机组段-x方向的最大长度。
L?x和L?x可用参【2】Ｐ645表14-2中的公式按蜗壳层、尾水管层和发电机层风别计算，
取其中的最大值，两个最大值相加就可以得出L1。
蜗壳层：
L?x=R1+?1=R0+?1=10+2=12m R0为蜗壳进口断面半径
L?x=R2+?1=7.9+2=9.9m R2为蜗壳进口角180度时的进口断面半径 尾水管层：
对于对称尾水管，L?x=L?x=发电机层： L?x=L?x=
BB+?2=5+?2=12.5/2+2=8.3m 。
22?3bDb++?3=2++?3=15.1/2+4/2+0.4=12m 。 2222所以 L1=L?x+L?x=12+12=24m 。
1、 计算Hr和Hmax下额定出力时的流量
引水钢管总长L=186m 。
（1）先假定采用联合供水
电站总的引用流量为 Q?N
9.8H1?式中 N为电站总自己装机容量；
H为设计水头；以设计水头来校核引水管的直径D
?为设计水头额定出力时所对应的效率，可由HLD74—450等效率曲线中查出。
则Hr=103.6m时, Q?487000?702.37m3/s
9.81?76?0.93引水管的直径D计算公式如下：
D?4Q?ve
经济流速Ve一般在3—5m/s，取经济流速Ve=4m/s。 即D?4?702.37??4=14.95m，显然采用联合供水时引水管的直径太大了，目前最大
的引水管的直径也只有13.26m。应采用单元供水
（2）采用单元供水 计算公式如下：
Q?N
9.81H?式中 N为水轮机额定出力
H分别为设计水头和最大水头
?分别为设计水头和最大水头额定出力时所对应的效率，可由HLD74—450等效率曲线中查出。 则:
Hmax=95m时,QHmax? Hr=76m时, QHr151300?176.46m3/s
9.81?95?0.92151300??218.21m3/s 9.81?76?0.932、确定引水管道参数，计算 ?LTiVTi
经济流速Ve一般在3—5 m/s，取经济流速Ve=3.5m/s。 引水管的直径D计算公式如下： D?4Q0 m ?ve管道流速计算公式如下： V?4Q0 m/s 2?D
（1）在 Hr=76m时：
D?将各段流速代入上式计算D2和D3
则：D2?4?218.21?8.91m
3.14?3.54?256.26?7.7m
3.14?5.54?256.26?6.8m
3.14?7 D3? 满足D1＞ D2＞D3＞2
（2）在Hmax=110m时：
?0=2*3.15=6.3m 。?0为蜗壳进口断面。
D1?9.66m
4Q0可计算出V 2?D4?176.46 V1?=2。83 m/s 2??8.91将各段直径代入式V?
满足V1＜V0=7。74m/s 压力钢管的?LTiVTi计算结果如表6-2：
表6-2 压力钢管的?LTiVTi计算表
水头 管道长度L（m） 管道直D（m） 流量Q（m3Hr=76m 186 8.91 218.21 Hmax=95m 186 8.91 176.46 ?s） 流速V （m/s） 3.5 2.83 ?LTiVTi ?LTi
651 526.38 186 186 二、 蜗壳的?LCiVCi计算
由于蜗壳的断面是变截面的，所以蜗壳部分取6个断面，即将蜗壳分成5段计算，计算公式如下：
1、 各段断面面积 圆断面面积：F???i 2、 断面流量：
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