冲击式水轮机调速功计算

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水轮机的选型计算

水轮机的选型计算

目录一、水轮机选型计算的依据及其基本要求 (1)1水轮机选型时需由水电勘测设计院提供下列原始数据 (1)2水轮机选型计算应满足下述基本要求 (1)二、反击式水轮机基本参数的选择计算 (1)1根据最大水头及水头变化范围初步选定水轮机的型号 (1)2 按已选定的水轮机型号的主要综合特性曲线来计算转轮参数 (1)3效率修正 (4)4检查所选水轮机工作范围的合理性 (4)5飞逸转速计算 (5)6轴向推力计算 (5)三、水斗式水轮机基本参数的选择计算 (10)1水轮机流量 (10)2射流直径d0 (10)3确定D1/d0 (10)4水轮机转速n (10)5功率与效率 (11)6飞逸转速 (12)7水轮机的水平中心线至尾水位距离A………………………………………………1 28喷嘴数Z0的确定 (12)9 水斗数目Z1的确定 (12)10 水斗和喷嘴的尺寸与射流直径的关系 (13)11 引水管、导水肘管及其曲率半径 (13)12转轮室的尺寸 (14)A 水机流量 (17)B 射流直径 (17)C 水斗宽度的选择 (17)D D/B的选择 (17)E 水轮机转速的选择 (17)F 单位流量的计算 (17)G 水轮机效率 (18)H 飞逸转速 (18)I 转轮重量的计算 (18)四、调速器的选择 (20)1 反击式水轮机的调速功计算公式 (20)2 冲击式水轮机的调速功计算公式 (20)五、阀门型号、大小的选择 (21)1 球阀的选择 (21)2 蝴蝶阀的选择 (22)水轮机的选型计算一、水轮机选型计算的依据及其基本要求1水轮机选型时需由水电勘测设计院提供下列原始数据:1)装机容量、装机台数、单机额定出力Nr、最大出力Nmax和负荷性质;2)水电站的设计水头Hr,最大水头Hmax,最小水头Hmin,加权平均水头Hcp;3)水电站上下游水位与流量关系曲线,水头、流量过程线或保证率曲线,引水管损失等;4)水电站的泥沙资料(含沙量、泥沙类别、特性等),水质资料(水温、化学成分、PH值、硬度、含气量等);5)水电站厂房形式,引水方式和引水管长度、直径;机组安装高程及允许吸出高度Hs';6)制造厂与水电站间的运输条件、水电站的安装条件(允许最大挖深值等)。

水电站调节保证计算

水电站调节保证计算

第九章水电站的水锤与调节保证计算第一节概述一、水电站的不稳定工况机组在稳定运行时,水轮机的出力与负荷相互平衡,这时机组转速不变,水电站有压引水系统(压力隧洞、压力管道、蜗壳及尾水管)中水流处于恒定流状态。

在实际运行过程中,电力系统的负荷有时会发生突然变化(如因事故突然丢弃负荷,或在较短的时间内启动机组或增加负荷),破坏了水轮机与发电机负荷之间的平衡,机组转速就会发生变化。

此时水电站的自动调速器迅速调节导叶开度,改变水轮机的引用流量,使水轮机的出力与发电机负荷达到新的平衡,机组转速恢复到原来的额定转速。

由于负荷的变化而引起导水叶开度、水轮机流量、水电站水头、机组转速的变化,称为水电站的不稳定工况。

其主要表现为:(1) 引起机组转速的较大变化由于发电机负荷的变化是瞬时发生的,而导叶的启闭需要一定时间,水轮机出力不能及时地发生相应变化,因而破坏了水轮机出力和发电机负荷之间的平衡,导致了机组转速的变化。

丢弃负荷时,水轮机在导叶关闭过程中产生的剩余能量将转化为机组转动部分的动能,从而使机组转速升高。

反之增加负荷时机组转速降低。

(2) 在有压引水管道中发生“水锤”现象当水轮机流量发生变化时,管道中的流量和流速也要发生急剧变化,由于水流惯性的影响,流速的突然变化使压力水管、蜗壳及尾水管中的压力随之变化,即产生水锤。

导叶关闭时,在压力管道和蜗壳中将引起压力上升,尾水管中则造成压力下降。

反之导叶开启时,在压力管道和蜗壳内引起压力下降,而在尾水管中引起压力上升。

(3) 在无压引水系统(渠道、压力前池)中产生水位波动现象。

无压引水系统中产生的水位波动计算在第八章已介绍。

二、调节保证计算的任务水锤压力和机组转速变化的计算,一般称为调节保证计算。

调节保证计算的任务及目的是:(1) 计算有压引水系统的最大和最小内水压力。

最大内水压力作为设计或校核压力管道、蜗壳和水轮机强度的依据之一;最小内水压力作为压力管道线路布置、防止压力管道中产生负压和校核尾水管内真空度的依据。

冲击式水轮机专用调速器的应用探讨

冲击式水轮机专用调速器的应用探讨



Z N. c … u U II  ̄3 IU U a c t
工业技术
冲 击式水轮机专用 调速器 的应用探讨
谢大 强
( 川省 乐 山四 19 0
摘 要 : 中小型 冲击式水轮 机 中 , 在 常规 配 置 Y T等 电液调 速器 ; D 近些年调 速 器厂 家研 制 出了冲击 式水轮 机 专 用调 速 器 , 已在不 少高 水 头电站 中投 入使 用 , 运行 效果 比较理 想 ; 通过 对 比两类调 速 器的使 用情 况, 简要谈谈 使 用专 用调 速 器的 一些体 会 。
关键 词 : 轮机 ; 速 器 ; 用体会 水 调 应
直接 控制 喷针 的启 闭 , 这样 , 可 以取消 水轮 下 , 就 工作 环境 比较 潮湿 , 有可 能发生滴 水滴 还 我 位 冲击 式水 轮机适 用于 高水 头 、小流 量 的 机上 的操 作机 构 。 了让调 速器减 少过 调节 , 油 等情 况 , 们对 电位 计 、 移传 感器 等电气 为 精 要设 元 件能 否长 期可靠 工作 存 有疑 虑 ,所 以选择 电站 , 它将来 自压力 管道 的水 , 喷 嘴后 转换 使调 节过 程稳定 , 确控 制喷针 的行 程 , 经 个位 移反馈 装置 。 了机械 反馈 方式 , 并设 计 了 1 反馈机 构 , 个 将 为高 速射 流 , 向 冲击转 轮 , 动 转轮 旋 转 , 置 1 切 推 位 移反馈 装 置通 常有机 械 反馈 和电气 反 喷针 的移 动 距 离转 换 为 扇形 轮 的旋转 弧 长 , 从 而带动 发 电机 转子转 动 发 电。为 了保证 水 mm的 钢 丝 绳经 滑 轮 反馈 到 调速 器 轮 发 电机 组能顺 利地 并 网发 电 ,必须 配 置调 馈 两 种 。机 械反馈 是用 钢丝 或 钢带将 喷

水轮机调节

水轮机调节

第四章 水轮机调节一、水轮调节的任务系统符合发生变化时,对机组产生两方面的影响:1) 系统负荷变化→系统电压发生变化→发电机励磁装置动作→发电机的端电压恢复并保持在许可范围内。

2) 系统负荷变化→系统电流的频率f 发生变化,由于f 是磁极对数p 和转速n的函数→发电机调速器动作→发电机的转速恢复并保持在许可范围内。

水轮机调节的任务:1) 随外界负荷的变化,迅速改变机组的出力。

2) 保持机组转速和频率变化在规定范围内,最大偏差不超过±0.5Hz ,大电力系统不超过±0.2Hz 。

3) 启动、停机、增减负荷,对并入电网的机组进行成组调节(负荷分配),以达到经济合理的运行。

二、水轮机调节原理水轮发电机组的运动方程式为:dtd JMM gt ϖ=-式中: M t ——水轮机主动力矩(水流推动叶片做功)M g ——发电机的阻力矩 J ——机组惯性矩; ω——角速度;由此方程可见:当M t - M g >0时,机组转速上升;当M t - M g >0时,机组转速下降; 当M t - M g =0时,机组转速保持不变。

所以当负荷变化时,应调节M t ,使M t =M g ,n =n e 又:ϖηληγϖQH M QH M t t =⇒=所以,要使ω=C,一般不能改变H和效率η,而是通过改变Q而达到改变主动力矩M t的目的。

调节流量的途径:反击式:通过改变导叶开度a0,ZZ:同时改变叶片转角。

冲击式:通过改变喷嘴开度。

水轮机调节的定义:随着电力系统负荷变化,水轮机相应地改变导叶开度(或针阀行程),使机组转速恢复并保持为额定转速的过程,称为水轮机调节。

调节实质:调节转速水轮机调节所用的调节装置称为水轮机调速器。

三、水轮机调节系统的组成水轮机自动调节系统:调速柜+油压设备+接力器。

其中中小型水轮机调速器将这三部分组合成一个整体,称为组合式,运行方便。

调速柜的作用:以转速偏差为依据,迅速自动地调节导叶开度,以达到改变出力恢复转速的目的。

冲击式水轮机的水力特性参数分析和改善

冲击式水轮机的水力特性参数分析和改善

冲击式水轮机的水力特性参数分析和改善冲击式水轮机是一种常见的水力发电设备,其运行原理是利用水流冲击水轮机叶片产生动能,进而驱动发电机发电。

该类型水轮机具有结构简单、效率高以及适用范围广等优点,因此得到了广泛应用。

然而,冲击式水轮机在实际运行中存在一些问题,如水流过程中的能量损失、引起水轮机振动和噪音的不平稳等。

本文将以冲击式水轮机的水力特性参数分析和改善为主题,探讨如何优化冲击式水轮机的性能。

首先,我们需要进行冲击式水轮机的水力特性参数分析。

水力特性参数包括效率、进口水头、出口水头、叶轮转速等。

效率是评估冲击式水轮机性能的重要指标,表示了水轮机在转换水流动能为机械能的能力。

进口水头和出口水头是水流通过水轮机前后的水头差,也是冲击式水轮机工作的基本条件。

叶轮转速是水轮机叶轮的转速,决定了水轮机的输出功率。

通过对这些水力特性参数的分析,我们可以全面了解冲击式水轮机的性能状况,找出存在的问题和优化的空间。

在对冲击式水轮机的水力特性参数进行分析后,我们可以着手改善其性能。

首先,对于能量损失的问题,我们可以通过优化水流的流线形状来减小水流在过程中的能量损失。

通过合理设计和布置叶片形状,减小叶轮与水流之间的摩擦力和阻力,提高能量转化效率。

其次,对于水轮机振动和噪音的不平稳问题,我们可以采用动平衡技术和减振措施。

通过在叶轮上进行动平衡,消除不平衡力和不平衡力矩,减小水轮机的振动。

同时,在水轮机的轴承、支撑结构等部位加装减振装置,降低振动和噪音的产生。

除了以上的改善措施,引入先进的控制系统和调速装置也可以提高冲击式水轮机的性能。

通过采用计算机远程监控和自动控制系统,可以实时监测和调节冲击式水轮机的工作状态,确保其稳定运行。

在调速装置上,可以采用变频调速技术,提高冲击式水轮机的调速性能。

通过精确控制水轮机的转速,可以适应不同的水负荷和负载要求,优化其运行效率。

另外,适当增加冲击式水轮机的装置和设备也可以改善其性能。

大型冲击式水轮机微机调速器在田湾河流域梯级水电站中的应用

大型冲击式水轮机微机调速器在田湾河流域梯级水电站中的应用
2 5 i) 示 屏 , 腾 M 处 理 器 、5 MD R 内 .4 t 显 n 奔 26 D 存 、0 6 0像素 。 8 0x 0
2 2 软 件 配 置 .
对于冲击式水轮机 , 其调速器的作用就是调
整喷 针 以改变 喷嘴 的开度 , 而改 变水 的流量 , 从 将 来 自压 力 管道 的水经 喷 嘴后转 换为 高速射 流 切 向
文献标识码 : B
文章 编号: 0 - 8 (0 1 增 2 10 4 1 1 14 2 1 ) - 8 - 0 2 0 0
1 概

() 2 比例伺 服 阀 。可编 程 控制 器 的信 号 直接
田湾河 流域梯 级水 电站 位于 四川省 甘孜 州康 定县 与雅 安 市 石 棉 县 境 内 , “ 库 三 级 ”电站 , 为 一 自上 而下依 次 为仁 宗海水 库 电站 、 窝 、 金 大发水 电 站, 设计 水 头 达 6 0m 左 右 。每 站装 有 2台高 水 0 头 冲击式机 组 , 单机 容 量 均为 10MW, 目前 亚 2 系 洲单 机容 量最 大 的六喷 六折 冲击式 机组 。
2 3 调速 器 的机械 液 压 系统 .
飞 逸转 速 , 其 机组 一 般 采 用 喷针 与 折 向器 双重 故
调 节 的操作 机构 。 田湾河 梯级水 电站 的水 轮 机采用 维奥 公 司进 口转轮 , 调速 器 选用 武 汉 事 达 电 气股 份 有 限公 司
生 产 的 WC 6 6— . T一 / 6 3型微 机 ( L ) P C 调速器 。
控机 触 摸屏 通 讯 . 映设 备 运 行状 态 、 况 、 量 反 工 参 机故 障等信 息 。 ( ) 时监控 软件 。监 控 系 统 使 用 三维 力 控 2实 自行 开发 的软 件 , 集设 备运行 状态 信息 、 采 数据 信 息 、 警 信 息 并 实 现 设 备 的实 时 监 控 、 制 与 管 报 控 理 。具体功 能有 数据 采集 与显示 、 数修 改 、 参 波形 录制 、 数据保 存 、 曲线 打 印 、 障诊断 和报警 。 故

第五章 调速器选择和调节保证计算

第五章  调速器选择和调节保证计算

尾水管内的最大压力下降: 在突然关闭导叶时,尾水管内产生压力下降,此水锤波 也会在尾水管出口处产生负反射,并有可能在尾水管进 口截面形成“回冲”。
叶片数Z=4时,K=8;Z=5时,K=8.5 ; Z=6时,K=9。
水轮机调节 及辅助设备
西华大学
能源与环境学院
第五章 调速器选择和调节保证计算
第一节 调速器选择
三、调速功的计算
3. 冲击式水轮机的调速功 (1)喷针接力器的调速功
(2)折向器接力器调速功
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第五章 调速器选择和调节保证计算
第二节 调节保证计算的任务和标准
二、调节保证计算的标准
2. • 计算标准 水锤压力上升率ζmax
max
H max H 0 H0
机组甩去全负载时蜗壳末端允许的最大压力上升率ζmax按下表考虑:
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主 讲 人
余波副教授 林其玉讲师 熊朝坤讲师
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第五章 调速器选择和调节保证计算
第一节 调速器选择
一、中小型调速器选择的原则
(1)根据水轮机的出力和水头等有关参数,确定所需调速功来选择相应容量的调速器。 (2)当电站和机组容量较大,在小电网中担任调频任务;或有单机带孤立负载的运行方 式;对电能品质要求较高;或系统中有较大的冲击负载时;应选用调节品质好,自动化程 度高的电气液压调速器。 (3)当机组引水管道较长,水流惯性时间常数Tw较大(如 Tw>2.5s),以选用电气液 压调速器为宜。 (4)当机组容量较小,在系统中地位不重要,经常承担基荷时,可选用机械液压调速器 或电液调速器。 (5)由于调速器bt、Td及Tn值在很大程度上决定了调节系统的动态品质,因而选择调速 器时,应按被控制系统的特性估算bt、Td及Tn值,并使所选调速器的bt、Td及Tn上限值 大于计算值。

冲击式水轮机的设计和优化方法探究

冲击式水轮机的设计和优化方法探究

冲击式水轮机的设计和优化方法探究引言:水力发电是目前最主要的可再生能源之一。

而水轮机作为水力发电的核心装置,其设计和优化对于发电效率和能源利用至关重要。

本文将探究冲击式水轮机的设计和优化方法,以期提高水力发电的效率和可持续发展。

一、冲击式水轮机的原理冲击式水轮机利用水流高速旋转产生的动能转换成机械能,进而推动发电机产生电能。

其关键原理为水流的动能转换。

首先,水流通过引导管进入水轮机,由于引导管的形状以及流体动能的作用,水流进入水轮机后速度增加,静能转化为动能。

然后,高速的水流喷射到叶轮上,产生冲击力。

叶轮受到冲击力的作用,开始旋转。

最后,旋转的叶轮通过轴将机械能传递给发电机,将动能转化为电能。

冲击式水轮机的设计和优化方法,即是为了提高这一能量转换过程的效率。

二、冲击式水轮机的设计方法1. 水轮机类型选择在设计冲击式水轮机时,首先需要选择合适的水轮机类型。

常见的冲击式水轮机类型包括离心式、反射式和喷射式等。

根据实际需求和水资源条件,选择合适的水轮机类型,以确保能够实现高效的能量转换。

2. 叶轮形状设计叶轮是冲击式水轮机中最关键的部件之一。

叶轮的形状设计直接影响水流对叶轮的冲击效果和能量转换效率。

因此,需要进行流场仿真分析和试验研究,探索出最优的叶轮形状。

通过优化叶轮的蜗壳设计、叶片角度等,提高水流的动能转换效率。

3. 冲击力传递优化为了将水流的动能准确传递给叶轮,需要优化冲击力的传递过程。

通过设计合适的导流板和分隔板等,保证水流能够完全冲击到叶轮上,避免能量损失。

同时,也要确保冲击力的传递稳定可靠,以提高水轮机的可靠性和使用寿命。

三、冲击式水轮机的优化方法1. 流场优化在冲击式水轮机的设计中,流场的优化是提高能量转换效率的重要环节。

通过流场仿真和试验研究,分析和改善水流在水轮机中的流动状态。

通过调整导流板、改善进口水资源的流态分布,减小水流中的涡流和湍流,提高水轮机的效率。

2. 叶轮优化叶轮是冲击式水轮机中最核心的部件,其性能对水轮机的整体效果有着重要影响。

浅谈冲击式水轮机的单位流量

浅谈冲击式水轮机的单位流量

浅谈冲击式水轮机的单位流量叶志强(杭州发电设备厂 浙江杭州 311201)1 水轮机的单位参数水力机械内的流动现象是十分复杂的,即使在计算流体力学快速发展的今天,单凭严格的数学表达式依然是难以阐明的,要完善计算方法,还须借助于实验。

由于经费、测量等方面的原因,水轮机往往是采用缩小的模型来进行试验研究和测定模型性能;利用模型的试验数据,根据相似理论方法,换算出不同尺寸、不同工况下运行的原型水轮机的性能。

相似理论的运用,对由此设计出的原型水轮机的性能是至关重要的。

在工程上,只要求原型和模型满足S r(斯特劳哈尔数)和E u(欧拉数)相等的准则,即认为满足了相似的条件。

在水轮机设计时,经常用到的就是单位转速与单位流量。

单位转速:n11=n D1/H0 5(实际上n11是有量纲的,即略去重力加速度后的m0 5/s,而工程上习惯以r/min为单位)单位流量:Q11=Q/D12 H0 5(与n11一样, Q11也是有量纲的,工程上习惯以L3/s为单位)2 冲击式水轮机单位流量的意义不明在一些教科书及一些工程设计参考用书中,往往在介绍水轮机单位参数时,有类似这么一句表述:即单位流量是转轮直径D1=1m,在水头H =1m条件下工作的水轮机的的流量。

![1],表示了某一给定的转轮直径为1m的水轮机,在1m水头下工作时,通过该水轮机的流量。

![2]。

这样的表述,对反击式水轮机是完全适用的,而且所包含的意义也很明确。

但如果在作如上表述时,不强调一下相似水轮机!,对设计冲击式水轮机的初学者来说,是容易产生误解的。

实际上,这样的单位流量!对冲击式水轮机而言,其存在的实际意义也是值得怀疑的。

我们来看冲击式水轮机的流量:Q= d02 V0/4=K v d02/4 (2g H)0 5式中,d0为射流直径;V0为射流流速;K v为喷嘴流速系数,不计损失时理论上K v=1,即V0= (2g H)0 5很明显,冲击式水轮机的流量与转轮直径D1毫无关系,仅仅与水头H、射流直径d0有关。

冲击式水轮机调速器调节方式探析

冲击式水轮机调速器调节方式探析

就 减 缓 了接 力 器 的 移 动 速 度 ,减 小 了 过 调 节 ,使 调节 达 到平 衡 ,保 机组 稳定 运 行 。 目 前 , 国内不 同厂 家 生产 的冲 调采 用 的反 馈 形 式 各有 其特 点 ,可 根据 不 同的 机组 的 具体 情 况 ,选择合 适的反馈 形式 。 冲 调 的另一 改进 是 它 的软件 系 统 ,大 多 厂家 的可 编 程逻 辑控 制 器 ,采 用面 向硬 件 仿 真编程 ,采 用模块 结构 ,变参 数并联P I D 调节 原理 ,改变 了以往采 用梯 形 图 、指 令表 等程 序 结构 ,其 测 频环 节 由P L C 本 身 完 成 ,无 须 单独 设置 测 频 电路 ,提 高 了测频 环 节 的可 靠
性。
3 . 冲击 式水轮 机调速器 的双重 调节方 式 将 现 在 普 遍 采 用 的折 向 器 改 为 在 贫 荷 大波 动工 况 时折 向器 必须 参 与 调节 ,这 一思 路 存 在 两 种 实 施 方 案 , 一种 是 折 向 器 始 终 与喷 针保 持 协联 并参 与 调节 ;一 种是 只有 当 负荷 大 波 动 时 . 折 向器 才参 与调 节 ,判 断此 种 工 况 只需 以 电网 ( 或初 组) 的频 率变 化大 于 接人 电网 正 常运 行 的最 大 允许 频 率 偏 差 ( 如 4 8  ̄5 2 H z ) 即可 ,一 旦出现 大于此 偏差 ,即判 断为机 组 负荷 大波 动 ,据 此 ,将 机组 调速 器 切 换为折 向器协 联参与 调节 的运 行工况 。 折 向器 参 与 协 联 调节 的方 式 : 首 先折 向 器 的 调节 功 能只 能在 减负 荷 时才 起作 用 ,增 负荷 仍然 依赖 喷 咀 的开启 速度 ,这是 冲击 式 机 组 的 固有特 性 ,这 里 只需集 中研 究折 向器 参 与减 负荷 调节 的规律 。在提 出调节 方式 之 前 ,须 明确折 向器参 与调节 的前题 : 折 向器 应 作 为 主调 节机 构 ,喷 咀开 度应 与 折 向器保 持 协 联 ,跟 随折 向器 动 作 ,但 需保 持适 量 的开 度差 (  ̄ u 5 o o ) ;折 向器 的开启速 度 只需略低 于 喷 咀 的开 启速 度 ,不 宜太 慢 ;折 向器 快速 关 闭的 开度 应维 持在 空 载开 度 ,仅 事故 保护 时 才 需快速关 闭至全 关 。 由 于 目前 水 电站 绝 大 多 数 都 采 用 微 机 监控 系统 为主 的监 控 方式 ,大 多 能实 现少 人 值 守 ,而水 轮机 调 速器 又普 遍 采用 微机 电液 型 ,机 电设备 的 自动化 水平 已经很 高 ,微机 都 具备 机 组状 态判 别 的能 力 ,为 简化机 组 运 行方 式 ,本 文 重 点研 究第 二种 调节 方案 ,即 只有 当微机 判别机 组处 于负荷 大波动 ( 包括 甩 负荷 ) 状态 ,便将 调速器 切人一 种特殊 运行 方 式 一一 折 向器参 与 调节 ,并 与 喷咀 保持 协 联 关系 。如果 各工 况全 部 按此 种方 式 运行 ,则 变 为第 一种 方案 。无论 那种 方 案 ,折 向器 只 是在 向关 闭侧动 作 时才 参 与调 节 ,这 也是不 言而 喻的 。 冲 击 式 水 轮 机 折 向器 切 水 目前 均 采 用 压切 式 , 即折 向器 一 旦与 喷咀柱 接 触 ,压 水 偏流 ,其减 少进 人转 轮 的能 量 并不 与切 入 引 程呈 线 性关 系 ,也很 难 准确 计 算这 种关 系 , 但对 于 自动 调节 而 言 ,采取 相对 开 度控 制 是 能够 达 到 目的 的 。折 向器切 人喷 咀柱 后 ,对 减少 进 人转 轮 的能量 作 用十 分 显著 ,为 减少 调节 波 动次 数 ,应尽 量 减少 折 向器 的动 作 幅 度 ,因此 ,将折 向器 减 负荷 关 闭 的行程 限制

水电站(问答题答案版)

水电站(问答题答案版)

水电站复习思考题(1)复习思考题(水轮机部分)(一)1.水电站的功能是什么,有哪些主要类型?2.水电站的装机容量如何计算?3.水电站的主要参数有哪些(H、Q、N、N装、P设、N保),说明它们的含义?4.我国水能资源的特点是什么?5.水力发电有什么优越性?复习思考题(水轮机部分)(二)1.水轮机是如何分为两大类的?组成反击式水轮机的四大部件是什么?水轮机根据转轮内的水流运动和转轮转换水能形式的不同可分为反击式和冲击式水轮机两大类。

组成反击式水轮机的四大部件是:引水部件、导水部件、工作部件、泄水部件2.反击式和冲击式水轮机各是如何调节流量的?反击式水轮机:水流在转轮空间曲面形叶片的约束下,连续不断地改变流速的大小和方向。

冲击式水轮机:轮叶的约束下发生流速的大小和方向的改变,将其大部分的动能传递给轮叶,驱动转轮旋转。

3.什么是同步转速,同步转速与发电机的磁极对数有什么关系?尾水管的作用是什么?同步转速:电机转子转速与定子的旋转磁场转速相同(同步)。

同步转速与发电机的磁极对数无关。

尾水管的作用:①将通过水轮机的水流泄向下游;②转轮装置在下游水位之上时,能利用转轮出口与下游水位之间的势能H2;③回收利用转轮出口的大部分动能4.水轮机的型号如何规定?效率怎样计算?根据我国“水轮机型号编制规则”规定,水轮机的型号由三部分组成,每一部分用短横线“—”隔开。

第一部分由汉语拼音字母与阿拉伯数字组成,其中拼音字母表示水轮机型式。

第二部分由两个汉语拼音字母组成,分别表示水轮机主轴布置形式和引水室的特征;第三部分为水轮机转轮的标称直径以及其它必要的数据。

水轮机的效率:水轮机出力(输出功率)与水流出力(输入功率)之比。

Ƞ=P/Pw5.什么是比转速?54H s n表示当工作水头H=1m 、发出功率N=1kw 时,水轮机所具有的转速n 称为水轮机的比转速。

复习思考题(水轮机部分)(三)1.解释水轮机效率的组成,三种效率之间的关系如何?什么是水轮机的最优工况?水力效率ηs、容积效率ηv、机械效率ηj。

水轮机选型

水轮机选型

大型调速器的选择
1、主配压阀直径的选择
d 4V m v T s
式中:V— 接力器的总容量(m3) v— 管路中油的流速(m/s)。一般取 v≤4~5m/s。 Ts— 接力器关闭时间(4~6s),准确值 通过调节保证计算得到。 主配压阀直径系列: 80,100,150,200,250mm
V
z

dz
4
2
S z max m
Байду номын сангаас

3
油压装置的选择
在进行初步设计时,一般可按下式估算 油压装置容积大小: 混流和定浆式:Vk=(18~20)VH 转桨式水轮机:Vk=(18~20)VH+(3~4)VR 目前,油压装置标准型号为: HYZ—0.3 HYZ—0.6 HYZ—1.0 HYZ—1.6 HYZ—2.5 HYZ—4.0 YS—8A YS—10A YS—20A
D a
a 1 0.0687 3
H
max
式中:d— 蜗壳进口断面直径(m) a─ 与水头有关的系数,
冲击式机组的选型
1、射流直径的选择 按下式计算:
d 0 0.545 Q Z0 H
中小机组一般取计算值的1.03~1.05倍。 喷嘴数的选择: a 单个喷嘴射流直径一般不大于14cm b 单喷嘴水轮机出力一般不超过5MW c 国内极少使用3喷嘴和5喷嘴机型 d 6喷嘴单机容量一般大于30MW
接力器的最大行程Smax Smax=(1.4~1.8)α0max (mm) α0max =α0M(D1ZOM/D1MZOT) 式中: ZOM— 模型导叶数目 ZOT — 真机导叶数目 D1 — 真机转轮直径(m) D1M— 模型转轮直径(m) α0M— 模型导叶最大开度(m) 双缸接力器的总容积:

水轮机调节原理及调速器选择演示教学

水轮机调节原理及调速器选择演示教学
又: M tQ H M t Q H
要使 C,一般不能改变H和效率η,而是通过 改变Q而达到改变主动力矩Mt的目的。
❖ 调节流量的途径: 反击式:通过改变导叶开度a0 ,ZZ:同时改变叶 片转角。
冲击式:通过改变喷嘴开度。
❖ 水轮机调节的定义: 随着电力系统负荷变化,水轮机相应地改变导叶 开度(或针阀行程),使机组转速恢复并保持为额定 转速的过程,称为水轮机调节。
五、调速器的类型与系列
(一) 类型 1、按调速器元件结构分: ❖ 机械液压(机调):信号测量、信号综合、信号反馈
均由机械环节完成。现在很少使用。 ❖ 电气液压(电调):用电气回路代替机调中的机械元
件。调节性能优良,灵敏度和精确度高,成本低, 便于安装调整。目前还有不少电站在使用。 ❖ 微机调速器:用工业控制计算机代替电子调速器, 赋予了调速器更多的控制功能,性能更优良。
❖ 放大机构:(引导阀+辅助接力器、主配阀+主接力 器,二级放大):位移变化→油压变化。
❖ 反馈机构:缓冲器和杠杆机构,当调节使=时,反 馈信号使调节停止。
❖ 油压设备的作用:供给调速器压力油,传递操作力。 由压力油罐、回油箱、油泵、输油管、附件等组成。
❖ 额定工作油压分为两种:有的电站采用低油压,为 2.5MPa;有的电站采用高油压,为4.0MPa。
四、水轮机调节系统的组成
❖ 调速器的作用: 以转速偏差为依据,迅速自动地调节导叶开度,已 达到改变出力恢复转速的目的。
❖ 水轮机自动调节系统: 调速柜+油压设备+接力器。其中中小型水轮机调速 器将这三部分组合成一个整体,称为组合式,运行 方便。
调速系统
油压装置
调速柜主要有以下几个部分组成:
❖ 测量机构:测量机组转速偏差,并把偏差信号转变 为位移信号,然后输出。

冲击式水轮机专用调速器的应用体会

冲击式水轮机专用调速器的应用体会
电能是现代人们生活生产 中一种 不可或缺 的能源, 而 随着 社会 到平衡, 保证机组稳定运行。 目前, 国内不 同厂家 生产 的冲调采 用的 的发展 , 人们 对电能的依赖程度也 越来越严重, 从 而使得 电力的供需 反馈形式各 有其 特点, 可根据不同的机组的具体情况, 选择合适 的反 矛盾 进一步加剧 。而为 了满足人们对电能的需求 , 缓解社会 电能的 馈形式 。 冲调的另一改进是 它的软件 系统 , 大多厂家 的可编程 逻辑 控制 供需矛盾 , 除了在 日常生活生产 中节约电能外, 还应该 提高电厂的发 电水平 , 从而才能够从 根本 上缓解电能紧张 问题 。随着科学技 术的 器( p l c ) , 采用 面向硬件仿真编程, 采 用模块结构, 变参数并联 p i d调节 改变 了以往采用梯形 图、 指令表等程序结构, 其测频 环节由 p i e 日新月异 , 在现代社会 的各行业 和领 域中, 各种技术 和理论 以及设备 原理, 都得 到了长足 的发展, 并且 还涌现出 了大批新 型的技术和理论 以及 本身完成, 无须单独设置测频电路, 提高 了测频环节 的可靠性 。也有 设备, 随着这些新 型的技术 和理论 以及设 备在社会个领域 中的应用 , 厂家采用 p c c (  ̄编程计算机控 制器) , 它将原 p l c的标 准功能和工业 使得社会 生产水平得到 了大 幅度 提升, 从而 为社会 经济 的发展 起到 计算 机的多任务操作 系统集成在一起 , 配以数字 阀随动系统, 效 果也 了不 可估 量的作用 ,同时也 为提高 电厂发 电能力奠定 了坚实 的基 不 错 。 础 。在 当前 的一些 中小型 冲击式水轮机 中, 通常会配置 电液调速器 , 3 应 用 实 例 电液调速器能够大 幅度提高 冲击式水轮机 的运行效果。 浙 江 丽 水 黄 样 口 电 站 ,装 机 容 量 为 两 台 8 0 0 k w 的 随着 调速器在冲击式水轮机 中的运用, 使 得冲击式水 轮机 的运 e j a 2 3 7 一 W 一 6 2 / 2 x 7型双喷 嘴冲击式水 轮机,电站 的技术 参数如下: 设 行效率和质量得到 了大 幅度提升, 同时还提高 了水轮机 的节能效果 , 计 水头 2 3 9 m, 设计流量 0 . 4 3 9真 / 。发电机为 s f w 8 0 0 — 6 / 1 1 8 0 , 调 速器 从而 为我 国电力事业和人类 的可持续 发展起到 了至关 重要 的作用 , 为天津某 厂的 t d b w c t 一 2型 冲击式水轮机专用调速器。 同时也为满足人们 的电力需求奠定 了坚实 的基础 。 在设计时, 考虑到下喷针在 厂房平 面以下 , 工作环境 比较潮湿, 还 我 们对 电位计 、 位 移传感器 等 电气元 然而从 冲击式水轮机 的运行情况 而言, 为了使 冲击式水轮 机能 有可能 发生滴水 滴油等情 况, 够 的性 能能够进一步提升 , 还应该对 冲击式水 轮机以及调速器 进行 件能否长期 可靠 工作存有疑虑, 所以选择了机械反馈方式, 并设计 了 改进 。本 文从冲击式水轮机专用 调速器的概述 出发, 对冲击式 水轮 1 个 反馈 机构, 将喷针 的移 动距 离转 换为扇形轮 的旋转 弧长, 再通过 机和调速器进行 了深入 的研究 。 然后对 冲击式水轮机专用调速器的 5 mm的钢丝绳经 滑轮反馈到调速器 中的 回复轴上 。当喷针移动时, 通过杠杆使与之相联 的步进 电机发 出位移反馈 应用进行 了详细 阐述 。希望 能够起 到抛砖引玉 的效果 , 是 同行 相互 回复轴也相应转动, 探讨, 共 同提 高, 进而为我 国电力事业 发展 起到一定 的促进作用 。 信 号经 与 p l c 的位置信号进行运算后, 输出一个频率差值, 通过 步进 电机驱 动器去驱 动步进 电机 , 使 引导 阀针塞 离开 中间位置; 此时, 主 1 配 置 电液 调 速 器 时 的 特 点 通过 液压 系统 向喷针接力 器 电液 自动调速器主要是 指 y d t 、 y w t 型, 后来 发展为使用 步进 电 配压阀 的活塞受压差作用作相应移 动, 机 p l c 的b w t 调速器, 它 的测 频放大 、 回复及控制部分采用 电气 回路 配送压力 油, 同时, 带动 回复机构运动 , 通过杠 杆使引 导阀针塞 回到 来实现 , 而液 压放 大 、 反馈机构 、 作 功机构则采用机械液压装 置, 是目 中间位 置, 完 成一次调节 , 从 而控制 喷针 稳定在某 一位置 , 以保证 机 前应用最 广泛 的调 速器 。 组频率和出力的稳定 。在这 台机组 的试 运行 时, 先进行手动操作, 喷 迅速移动, 没有发 生配置普通 y d t 调速器时 的滞后 现 由于冲击式水 轮机 的压力钢管一 般 比较长, 因此, 喷针不能关闭 针接到指令后, 太快 , 否则会 产生极大 的水压, 危害压力管 的安 全, 同时, 又必须 在极 象; 自动开机起 动时 , 机组 自动跟踪 电网频率, 转速迅 速上升到 同期 短的时间内切 除射 流, 以防止出现飞逸, 现在 的机 组一 般采用喷针与 要求, 顺利并 网。 结 束 语 折 向器双 重调 节的操作 机构 。 随着调速器在冲击 式水 轮机 中的运用 , 使得 冲击 式水 轮机的运 2 配 置 冲 调 时 的 特 点 冲调实际上是改进过 的 p 1 c型电液 自动调速器,它分单喷嘴用 行效率和质量得到了大幅度提升, 同时还提高 了水轮机 的节能效果 , 调速器 、 双 喷嘴用调 速器, 冲调 与普通调 速器 的主要区别在 于它输 从而为我 国电力事业 和人 类的可持续发展起 到了至关重要 的作用 , 出的不是 扭矩 , 而是压力油; 由于冲击式水轮机是 通过改变喷针 的开 同时也为满足人们的电力需求奠定 了坚实 的基础 。 通过本文对冲击式 水轮机专 用调试器 的深入分析, 相 信读 者对 度来 改变 其流量, 喷针是作 直线 运动的, 因此 只要在 喷针后设 置 1 个 为 了使 冲击式水轮机 能够 的性 接力器, 控制压力 油的进 出方 向, 就能直接 控制喷针 的启 闭, 这样 , 就 其也有 了更深刻 的认 识。总而言之, 还应该对冲击式水轮机以及调速器进行改进 。 可以取消水轮机上 的操作机构 。为 了让调速器减 少过调节 , 使调节 能能够进一步提升, 过程 稳定 , 精确控制喷针的行程, 要设置 1 个位移反馈装置。 位移反馈装置通常有机械反馈和电气反馈 两种 。 机械反馈是用 钢丝或钢带将 喷针 的位 移信号送到调速器 的回复轴上, 再 通过调速 器 内部液压系统 和电气 回路共 同作用, 使 主配压 阀的活塞 逐渐 回到 平衡 位置, 从而使喷针达到稳定状态; 而 电气 反馈 则是通过位移传感 器或 电位计等 电子元件将喷针 的位移信号转变 为 电压信号 , 反馈到 p l c 的a / d 接口 ( 模数转换接 口 ) , 该数值与 p l c 内部的计算值进行 比 较, 以决定 喷针是开还是关 。由于反馈 电压 的作用与频率偏 差 的作 用正好相 反, 就减缓 了接力器 的移动速 度, 减 小 了过调 节, 使 调节达

冲击式水轮机调速功计算

冲击式水轮机调速功计算

冲击式水轮机的选择孙红伟2007-8-6 14:10:00[摘要]主要介绍冲击式水轮机及其辅助设备的选型方法及计算程序,并提出用最优直径比检查选型及效率修正方面的一些看法,内容的重点在中小型机组。

表5个。

[关键词]冲击式水轮机选型最优直径比1 引言众所周知,冲击式水轮机适用于高水头、小流量的水力条件,其应用的最高水头已接近1 800m。

与混流式水轮机相比,特别是在水头大于200m的场合,其优势不容忽视。

由于早期选择的冲击式机组出现的问题不少,目前关于冲击式机组的选型资料又相对较少,因此,冲击式机组的选型受到不少专业人员的关注。

冲击式水轮机主要分为水斗式和斜击式,斜击式的比转速n s=30~70m·kW,是介于混流式和水斗式之间的品种,目前中小型范围内已做到转轮直径D1=100cm、发电机容量N g=2500kW,虽斜击式效率相对偏低些,但设备价格优势不能忽视,所以仍得到广泛应用。

2 装置型式的选择2.1 转轮及喷嘴数目的选择按水头和出力查水轮机应用范围图,小机组一般均用单轮单喷嘴;小型卧式双喷嘴一般在D1=90~140cm,射流直径d0在7~14m中使用;斜击双喷嘴目前还没有使用。

2.2 布置方式的选择大中型机组立式、卧式均有使用,小型机组一般用卧式。

卧式布置拆卸方便,但每个转轮只能布置1~2个喷嘴,当喷嘴数目多时,必须增加转轮数;立式布置可在同一转轮上布置2~6个喷嘴,但当喷嘴数多如用3个以上时,转速不宜选得太高,以避免各射流间相互影响,而降低水轮机的效率。

3 改变比速法选择冲击式水轮机冲击式水轮机的选择方法,有固定比速法和改变比速法二种。

由于这些年来各制造厂开发的新品种越来越多,可选择的D1和d0也越来越多,选型者可不必受固定比速法关于D1/d0的限制,不同的D1可以搭配不同的d0,喷针机构已成系列可以装在不同的D1的机体上,因此这种选择方法已经代替固定比速法,越来越被广泛使用。

改变比速法选择的程序和方法如下所述。

孤网系统内冲击式水轮机调节系统计算分析

孤网系统内冲击式水轮机调节系统计算分析
表 1 大 波 动 计 算 调 保 参 数 表
/\ / \ 述 l3 ・ 0 / \~ 囊 f \ y —\ ,
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宝交墨兰墨虽兰亟 三星叠墨
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图 3 工 况 4转 速 升 随 时 间变 化 曲线 图
西 北 水 电 ・ 0 2年 ・增 刊 1 21
1 7
文章 编 号 :0 6 2 1 (0 2 S-- 1-0 10 - 60 2 1 ) 1 -0 7- 3 0 -
孤 网 系 统 内冲 击 式 水 轮 机 调 节 系 统 计 算 分 析
柳 飞, 锋, 代开 林炎华
( 长江勘 测规 划设 计研 究有 限责任公 司 , 汉 4 0 1 ) 武 300
表 2 小 波 动 计 算 调 保 参 数 表
电 网并 联之 后 , 随着 电 网容量 的增 大 , 电网 自调节 能 如
力 的增 强 , 机组 小波 动各 项指标 均有 较 大 的改善 。
o 4


图 6

斗 <

02 . 0 4 0 6 0 8 1 . 0 1 . 2 1 6 2 0
额定 出力 突增 至满 负荷 , 计算 小波 动调保 参数 。 计算 结果 见表 2 。
4种工 况下 转速 升波 动 曲线 见 图 2~ 。 5
西 北 水 电 ・ 0 2年 ・ 刊 1 21 增
1 9
后, 机组 转速 波 动 较 大 , 速 升 最 大 可 达 N 8 3 % , 转 .7 孤 网频 率 波 动 范 围最 大 可 能 达 到 4 4~5 z 另 5H 。 外, 机组转 速 波动 时 间较 长 , 约 7 后 , 组 转 速 在 0S 机 波动 才 逐 渐稳 定 到 ± % , 网 品质 ( 网频 率 波 动 1 电 电 为± . z 才 能满 足要求 。 0 5H )

水电站冲击式水轮机调速器技术发展历程及研究

水电站冲击式水轮机调速器技术发展历程及研究
器位 置无 关 。
展, 适应高水头冲击式水轮机组控制特性 的专用调 速器应 运而 生 , 且 技术 发展 迅 速 ¨ 。2 0 0 3年 国 内生
产 的第 1台单机容 量最 大 的多喷 嘴冲击 式机组 在 云
南 阿鸠 田水 电站投 运 。之后 , 吉沙 水 电站 、 田湾河 水
云南 以礼河 水 电厂 的第 3级 和第 4级 电站系 引
2 以 礼 河 水 电 厂 冲 击 式 水 轮 机 调 速
器 技 术 发展 历 程
冲击式 水轮 机 的特 点 是应 用 水 头 高 , 压 力 钢管
长, 机 组飞 轮力矩 较小 。为此 , 除 了有正 常调 节流量 的 喷针之外 , 它还 设 置 有折 向器 , 当甩 负荷 时 , 折 向 器能 快速 切断水 流 , 阻断水 流进入水 轮机 , 以解 决 引 水 系统 水锤 压力 和机组 转速 升高 的矛盾 问题 。冲击 式水 轮机 调速器 的双调 节 系统有 协 联式 和直联 式 2 种 系统方 案 , 所谓 协 联 式 系指 通 过 机械 或 电气使 折
“ 长控所 ” ) 研制生产 的 C J T一1 0 0一W 型 冲击 式 水 轮机微 机调 速器 , 采用 双微机 、 电液 转换器 技术 方
厂在不同时期所应用的、 具有一定代表性 ( 水头高 、
电机组 仅 3 0 0余 台 , 最大 单机 容量为 1 5 MW , 2个 喷 针 。我 国建设 的第 1座高 水头 单机容 量最 大 的云南
以礼河 水 电厂所安装 的冲击式 水轮 发机 组及 调速 器
均 为捷 克斯 洛伐 克 列 宁 工厂 生 产 。早 期 , 冲击 式 水 轮 机调 速器 大都是 机 械 液 压 型 , 各 喷 针和 折 向器 的 协 同工 作靠 机械传 动 杆 件 传递 , 或 是将 反 击 式 水 轮

冲击式水轮机专用调速器的应用体会

冲击式水轮机专用调速器的应用体会

冲击式水轮机专用调速器的应用体会。

在中小型冲击式水轮机中,常规配置ydt等电液调速器;近些年调速器厂家研制出了冲击式水轮机专用调速器,已在不少高水头电站中投入使用,运行效果比较理想;通过对比两类调速器的使用情况,简要谈谈使用专用调速器的一些体会。

水轮机调速器应用体会1概述冲击式水轮机适用于高水头、小流量的电站,它将来自压力管道的水,经喷嘴后转换为高速射流,切向冲击转轮,推动转轮旋转,从而带动发电机转子转动发电。

为了保证水轮发电机组能顺利地并网发电,必须配置调速器,它的主要功能是在机组运行时,保持其输出的电能频率、电压稳定。

通常,调速器是通过调节进人水轮机的水的流量来实现这一目的,对于冲击式水轮机来说,就是移动喷针以改变喷嘴的开度,从而改变水的流量。

我厂以往生产的冲击式水轮机,一般是配置电液自动调速器,近年,调速器厂家研制出了冲击式水轮机专用调速器(以下简称冲调),并逐渐在电站中开始应用。

2配置电液调速器时的特点电液自动调速器主要是指ydt、ywt型,后来发展为使用步进电机plc的bwt调速器,它的测频放大、回复及控制部分采用电气回路来实现,而液压放大、反馈机构、作功机构则采用机械液压装置,是目前应用最广泛的调速器。

由于冲击式水轮机的压力钢管一般比较长,因此,喷针不能关闭太快,否则会产生极大的水压,危害压力管的安全,同时,又必须在极短的时间内切除射流,以防止出现飞逸,现在的机组一般采用喷针与折向器双重调节的操作机构。

电液自动调速器输出的是扭矩,通过调速轴,把调速器的转臂与水轮机的操作机构联接在一起,调速器的指令通过连杆使操作机构中的配压阀活塞左、右移动,压力油通过配压阀上的孔口,流人接力器的两侧,操纵喷针启闭。

在调速轴的适当位置,另设1套拐臂、连杆来直接控制折向器,以保证折向器与喷针之间的协联关系。

单喷嘴机组的这种配置已应用多年,比较可靠,能保证水轮机稳定运行。

而对于双喷嘴冲击式水轮机,在运行时要求上、下喷针能同步移动,且与折向器保持协联关系。

冲击式水轮机的选择

冲击式水轮机的选择
转轮直径
(m)。
为应用方便对常用的
2种机型可简化为..
③在综合特性曲线上查取模型效率并修正为原型机效率
η
r。
④验算出力
Nt=9..81HQη
r..额定水头必须能发到额定出力。
4最优直径比
D1..d0的检查
最优直径比
m=D1..d0..是设计水斗式水轮机的重要参数。水斗上的应力
(m)
-3
1个折向器调速功
A2=0.11×10 d0Hmax或
3
A2=Z0(d0 d0 Hmax/6000)(kgm)
·
式中.
Z0为折向器数.
d0为射流直径
(cm)..Hmax为最大水头
(m)。
总调速功
A=A1 A2=2A1
6..2调速器容量的选择
预期效率表估算原型水轮机效率值。
2)中小型机组..原型水轮机的
D1..d0与模型的相同或
D1..d0=8..10时..
效率可不作修正..如
D1..d0与模型的差别较大时..可参照预期效率表估
算原型水轮机效率值。效率的保证值
=预期效率
-1....如
1个转轮
2个
喷嘴..在
n也增加..使发电机尺
寸相应减小..可降低电站造价。
经样本统计..对常用小型机组..水斗式
m≥7..78..斜击式
m≥3..57..

m小于上列数值应重新确定转速来选择
D1主阀的内径一般与喷管内径一致..可由产品样本直接查取。表
小型调速器常用非自动调节的操作器来取代..特点是能满足关闭时间的

中,小型水轮机调速器的选用与参数整定

中,小型水轮机调速器的选用与参数整定

中,小型水轮机调速器的选用与参数整定
赵锁明
【期刊名称】《龙羊水电》
【年(卷),期】1990(000)001
【总页数】5页(P37-41)
【作者】赵锁明
【作者单位】无
【正文语种】中文
【中图分类】TK730.41
【相关文献】
1.水轮机微机调速器PID调节规律及其参数整定 [J], 凌光达;陈炳森;玉一宏
2.基于MATLAB/Simulink的水轮机调速器最佳参数整定 [J], 王煜;张成立;张建蓉
3.冲击式水轮机微机调速器运行参数的整定 [J], 伍哲身
4.基于改进遗传算法的水轮机PID调速器最优参数整定 [J], 曹程杰;莫岳平;刘丹丹
5.水轮机PID调速器最佳参数整定及寻优计算方法 [J], 李琪飞;李仁年;敏政;韩伟因版权原因,仅展示原文概要,查看原文内容请购买。

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冲击式水轮机的选择孙红伟2007-8-6 14:10:00[摘要]主要介绍冲击式水轮机及其辅助设备的选型方法及计算程序,并提出用最优直径比检查选型及效率修正方面的一些看法,内容的重点在中小型机组。

表5个。

[关键词]冲击式水轮机选型最优直径比1 引言众所周知,冲击式水轮机适用于高水头、小流量的水力条件,其应用的最高水头已接近1 800m。

与混流式水轮机相比,特别是在水头大于200m的场合,其优势不容忽视。

由于早期选择的冲击式机组出现的问题不少,目前关于冲击式机组的选型资料又相对较少,因此,冲击式机组的选型受到不少专业人员的关注。

冲击式水轮机主要分为水斗式和斜击式,斜击式的比转速n s=30~70m·kW,是介于混流式和水斗式之间的品种,目前中小型范围内已做到转轮直径D1=100cm、发电机容量N g=2500kW,虽斜击式效率相对偏低些,但设备价格优势不能忽视,所以仍得到广泛应用。

2 装置型式的选择2.1 转轮及喷嘴数目的选择按水头和出力查水轮机应用范围图,小机组一般均用单轮单喷嘴;小型卧式双喷嘴一般在D1=90~140cm,射流直径d0在7~14m中使用;斜击双喷嘴目前还没有使用。

2.2 布置方式的选择大中型机组立式、卧式均有使用,小型机组一般用卧式。

卧式布置拆卸方便,但每个转轮只能布置1~2个喷嘴,当喷嘴数目多时,必须增加转轮数;立式布置可在同一转轮上布置2~6个喷嘴,但当喷嘴数多如用3个以上时,转速不宜选得太高,以避免各射流间相互影响,而降低水轮机的效率。

3 改变比速法选择冲击式水轮机冲击式水轮机的选择方法,有固定比速法和改变比速法二种。

由于这些年来各制造厂开发的新品种越来越多,可选择的D1和d0也越来越多,选型者可不必受固定比速法关于D1/d0的限制,不同的D1可以搭配不同的d0,喷针机构已成系列可以装在不同的D1的机体上,因此这种选择方法已经代替固定比速法,越来越被广泛使用。

改变比速法选择的程序和方法如下所述。

3.1 转速n的确定式中:n s为比转速(m·kW);H r为设计水头(m);N r为出力(kW)。

比转速可在有关手册中方便查得。

框算时,对水斗式单喷嘴暂取25(多喷嘴n s=25√Z0,Z0为喷嘴数);对斜击式取50。

计算出转速n后,向上取发电机同期转速。

3.2 确定转轮直径D1式中:u为转轮节圆周速(m/s);φ为转轮周速系数,按比转速ns值从表1查取;g 为重力加速度9.8m/s2。

表1 ns~φ值表2)求出转轮直径D1,并取规格值D1=60u/π n(m)现在可供选择的规格值越来越多,并且还有增加的趋势,表2列出目前的规格值。

表2 D1规格值其中:卧式单喷嘴D1=45~140;卧式双喷嘴D1=90~140;立式双喷嘴D1=925~275;立式四喷嘴D1=140~275。

框算D1时,可用下式:3.3 确定射流直径d0并靠取规格值式中:K为转轮数;Z0为喷嘴数;Q为水轮机设计流量(m3/s);Hr为设计水头(m) d0规格值列于表3供选择。

表3 d0规格值其中:卧式单喷嘴d0=4.5~14;卧式双喷嘴d0=7~16;立式双喷嘴d0=9~24;立式四喷嘴d0=9~24。

3.4 斜击式D1/d0的配套品种。

用改变比速法选配的斜击式品种由表4列出,供选择。

表4 斜击式D1/d0配套值对小型机组,D1还有37,46,53可供选择。

3.5 水轮机效率的估算及额定出力的验算1)大中型机组:原型水轮机的D1/d0与模型水轮机的相同或D1/d0=10~20时,可不作效率修正;如D1/d0与模型的差别较大时,可参照相应预期效率表估算原型水轮机效率值。

2)中小型机组:原型水轮机的D1/d0与模型的相同或D1/d0=8~10时,效率可不作修正;如D1/d0与模型的差别较大时,可参照预期效率表估算原型水轮机效率值。

效率的保证值=预期效率-1%,如1个转轮2个喷嘴,在100%的负荷下应增加0.5%。

3)若计算出来的d0值不向上靠取规格值,则效率可不作修正,否则需扣除1%。

4)斜击机组目前还没有公式计算,只能按预期效率确定,一般可按机型大小取△η=0.005~+0.015,具体数值参见各制造厂提供的保证值。

5)效率及出力验算①由于射流直径取了标准值,必须重新计算水轮机设计流量:式中:Z0为喷嘴数;H r为设计水头(m)。

②由Q计算单位流量Q1,并计算参数取标准值后的单位转速n1:式中:d n为喷嘴出口直径(m);d nM为模型转轮出口直径(m);D1M为模型转轮直径(m)。

为应用方便对常用的2种机型可简化为:③在综合特性曲线上查取模型效率并修正为原型机效率ηr。

④验算出力Nt=9.81HQηr,额定水头必须能发到额定出力。

4 最优直径比D1/d0的检查最优直径比m=D1/d0,是设计水斗式水轮机的重要参数。

水斗上的应力与工作水头成正比,与直径比m的平方成反比。

因此,当直径比m减小时,会引起斗叶上的应力急剧增大。

一般当水头H>1 000m时,要求直径比m≮15,m下限值≮8~9。

根据现有资料,为使水轮机具有较高效率,应使m=10~18,高水头取高值、低水头取低值。

对接触较多的中小型水斗式机组,直径比统计值m=7.78~15.7,中小型斜击式m=3.57~7.15;对大中型水斗式m=10~23,高效区为10~18,其统计方程为m=D1/d0=4+0.01H(H为工作水头)。

若选出来的D1/d0过小,会导致效率下降,强度计算难以通过;若选出来的D1/d0过大,将使比转速下降,能量指标降低,又会使转轮的风损等损失增大,也会使效率下降。

因此,若选出来的D1/d0过小或过大,必须采用改变转速、转轮数及喷嘴数等办法重新选择,使其处于合理的范围。

对小型水斗式水轮机,可选择较小的m值。

这样,水轮机的效率虽然会下降一些,但比转速增加了,使机组转速n也增加,使发电机尺寸相应减小,可降低电站造价。

经样本统计,对常用小型机组,水斗式m≥7.78,斜击式m≥3.57,当m小于上列数值应重新确定转速来选择D1。

5主阀的选择5.1 直径的确定主阀的内径一般与喷管内径一致,可由产品样本直接查取。

表5收集了一部分制造厂的统计资料供选择时参考。

1个品种在表中出现不同的配套阀门,应以各厂的配套表为准,因为使用的水头段不同。

表5 部分制造厂主阀内径统计资料注:斜击不带A、B者,H≤100m,带A,H=100~160m,带B,H≥160m;球阀直径规格φ300,400,500,600,650,800,1 000,1200,1 600。

表中Dn为球阀或闸阀的公称直径,即内径;XJ代表斜击式,CJ代表水斗式。

5.2 主阀型号的确定冲击式机组一般配用闸阀,对高水头大中型机组也有选用球阀。

主阀的压力等级关系到价格,因此不宜选得太高。

由于冲击式水轮机具有折向器机构,喷针关闭时间比混流式导叶关闭时间慢得多,升压相对较小,一般升压≤0.15(指相对升压≤15%),因此对中小型机组可直接按设计水头选择,等于或略大于设计水头即可。

常用闸阀的压力规格有6kg/cm2、10kg/cm2、16kg/cm2、25kg/cm2、40kg/cm2、64kg/cm2等,选用时应向规格值靠,一般压力≥16kg/cm2。

阀体、阀盖、闸板的材料需用碳钢,尾部符号为C,不标C者为铸铁。

同样的直径、阀门的密封面材料也有不同,关系到造价,因此,应按压力等级选择密封面材料:通常6~10kg/cm2用铜(T),显然选择铜密封面价格要低些。

闸阀有电动或手动之分:电动由φ300mm起,φ350mm及以上无电动闸阀。

闸阀还有明杆和暗杆的区别,5为暗杆、1为明杆。

一般暗杆用于6~10/cm2的压力,直径范围为φ300~1 600mm。

常用闸阀示例如下:Z941H-16C D n=800Z—闸阀;9—电动;4—法兰联结;1—明杆;H—合金钢密封面;16—压力等级;C—碳钢阀体;Dn—公称直径;Z41T-10 D n=250Z—闸阀;4—法兰联接;1—明杆;T—铜密封面;10—压力等级;Dn—公称直径。

6调速器的初步选择6.1调速功计算调速功分喷针调速功和折向器调速功二部分,若二者联动,总调速功为二者调速功之和;若折向器不联动,则按喷针调速功选择调速器容量。

喷针调速功A1=Z0(d0+d03Hmax/6000)(kg·m)式中:Z0为喷嘴数;d0为射流直径(cm);Hmax为最大水头(m)1个折向器调速功A2=0.11×10-3d0Hmax或A2=Z0(d0+d03Hmax/6000)(kg·m)式中:Z0为折向器数;d0为射流直径(cm);Hmax为最大水头(m)。

总调速功A=A1+A2=2A16.2调速器容量的选择AP=(1.3~2)A1,系数1.3~2是考虑加工装配量及润滑等因素。

6.3 调速器类型的选择一般按下列原则选配调速器:水斗式:D1≤70cm,N g≤800kW,配手动或电动调速器;D1≥70cm,N g>800kW~2 500kW,配手动或自动调速器;D1≥125cm,N g>2 500kW,配自动调速器。

斜击式:D1=40~80cm,N g≤2 500kW,配手动、电动调速器及自动调速器;大中型斜击机组(1 000kW以上),多数配自动调速器。

冲击式机组选配调速器类型无规定,可综合电站实际情况选择。

此外,小型调速器常用非自动调节的操作器来取代,特点是能满足关闭时间的要求,关闭时间可在2~12s内整定。

若选择自动调速器,由于冲击机组需快速关闭折向器,缓慢关闭喷针机构,宜选择专用的冲击式CJ型自动调速器,它无接力器缸及转臂,调速器本体上设有喷嘴及折向器的进出油孔。

来源:小水电。

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