武都水库工程水轮机过渡过程计算
武都水库工程水电站水轮机过渡过程计算成果
1.概述
根据技术协议的要求，完成所要求计算的过渡过程计算工况，并提出相应的初步计算成果。
2.计算条件
(1)上游水库
校核洪水位659.43m
设计洪水位656.96m
正常蓄水位658.00m
死水位624.00m
(2) 下游尾水位
校核洪水位581.368m
设计洪水位580.126m
正常尾水位572.5m
(3) 水轮机净水头
最大水头85.12m
加权平均水头68.09m
额定水头64.00m
最小水头49.35m
(4) 流量
多年平均流量142m3/s
电站引用流量259.2m3/s
2.3 布置型式
武都水库水电站位于四川省江油市武都镇境内，电站厂房距江油市约20 km。该电站是涪江上游干流最后一级电站，具有不完全年调节性能，承担部分调峰的中型电站工程。该工程总库容5.72亿m3，额定水头64m，装机容量3×50MW。电站引水发电系统布置情况详见招标文件第8章引水系统布置图。
(5) 水轮发电机组基本参数
水轮机型号HLD267-LJ-320
转轮名义直径 3.2m
水轮机额定出力51.5MW
额定转速214.3r/min
飞逸转速465r/min
发电机GD23750t.m2
水轮机安装高程568.956m
水轮机导叶个数24
3.计算要求
机组最大转速升高率小于55%，蜗壳最大压力升高率小于50%。若两个参数不能同时满足，应推荐合适的参数值。尾水管内的最大真空度不宜大于8m水柱。
4.计算工况
根据武都水库工程电站引水系统的布置方式，水库和发电机组的运行调度情况，以下几种工况可以求出蜗壳最高压力、机组速率最高上升率和尾水管真空值，所选工况：
A)额定水头64m条件下，3台机同时甩全负荷3×51.54MW。
B)最大水头85.12.m条件下，3台机甩全负荷3×51.54MW。
C)机组运行水头68.09.m条件下，1台机组带最大负荷56.7MW。
5.计算结果
所述工况的调节保证计算结果，汇总列于表5－1。
表5－1 调节保证计算结果
6.结论
1）武都水库工程电站采用的引水系统，当机组GD2不小于3750t.m2，导叶关闭规律采用图(一)的关闭规律，机组速率上升小于55.0%；蜗壳最高压力升高率小于50.0%，尾水管真空度不大于8.0m。
7. 结算结果曲线（附图）
100
（％）（s）
图（一）
工况A
工况B
工况C
水电站复习题2014分析
第一章 一、填空题： 1．水电站生产电能的过程是有压水流通过水轮机，将转变为，水轮机又带动水轮发电机转动， 再将转变为。 2．和是构成水能的两个基本要素，是水电站动力特性的重要表征。 3．我国具有丰富的水能资源，理论蕴藏量为kW，技术开发量为kW。 4．水轮机是将转变为的动力设备。根据水能转换的特征，可将水轮机分为和 两大类。 5．反击式水轮机根据水流流经转轮的方式不同分为、、、几种。 6．反击式水轮机的主要过流部件（沿水流途经从进口到出口）有：，，， ，。 7．冲击式水轮机按射流冲击转轮的方式不同可分为、和三种。 8．混流式水轮机的转轮直径是指；轴流式水轮机的转轮直径是 指。 9．冲击式水轮机的主要过流部件有、、、。 10．水轮机的主要工作参数有、、、、等。 包括、、，其关系是。11．水轮机的总效率 12．水轮机工作过程中的能量损失主要包括、、三部分。 二、简答题 1．水力发电的特点是什么？ 2．我国水能资源的特点？ 3．反击式水轮机主要过流部件有哪些？各有何作用？ 4．当水头H，流量Q不同时，为什么反击式水轮机转轮的外型不相同？ 5．水轮机是根据什么分类的？分成哪些类型？。 6．反击式水轮机有哪几种？根据什么来区分？ 7．冲击式水轮机有哪几种？根据什么来区分？ 三、名词解释 1．HL240—LJ—250： 2．2CJ30—W—150/2×10： 3．设计水头： 4．水轮机出力： 5．水轮机效率： 6．最优工况： 7．水头： 8．转轮的标称直径
第二章 一、填空题 1．水轮机工作过程中的能量损失主要包括、、三部分。 2．根据水轮机汽蚀发生的条件和部位，汽蚀可分为：、、三种主要类型。3．气蚀现象产生的根本原因是水轮机中局部压力下降到以下. 4．水轮机的总效率 包括、、，其关系是。 5．立式水轮机的安装高程是指高程，卧式水轮机的安装高程是指。 6．水轮机的吸出高度是指转轮中到的垂直距离。 7．蜗壳根据材料可分为蜗壳和蜗壳两种。 8．金属蜗壳的断面形状为形，混凝土蜗壳的断面形状为形。 二、名词解释 1．汽化压力： 2．汽蚀现象： 3．水轮机安装高程： 4．吸出高度： 5．气蚀系数： 4．包角φ： 5．尾水管高度： 三、简答题 1．为什么高水头小流量电站一般采用金属蜗壳，低水头大流量电站采用混凝土蜗壳？ 2．水轮机的尾水管有哪些作用？ 3．蜗壳水力计算有哪些假定原则，各种计算方法的精度如何？ 4．汽蚀有哪些危害？ 5．防止和减轻汽蚀的措施一般有哪些？ 6．水轮机安装高程确定的高低各有什么优缺点？ 7．各类水轮机的安装高程如何确定？特别是要注意到哪些因素？ 8．尾水管的作用、工作原理是什么？尾水管有哪几种类型？ 四、计算 1．某水轮机采用金属蜗壳，最大包角为345○，水轮机设计流量Q○=10 m3/s，蜗壳进口断面平均流速v e=4m3/s，试计算蜗壳进口断面的断面半径ρe。 2．某水电站采用混流式水轮机，所在地海拔高程为450.00米，设计水头为100米时的汽蚀系数为0.22，汽蚀系数修正值为0.03，试计算设计水头下水轮机的最大吸出高度H S。
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 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d 0.......................................................................................10 3 确定D1/d 0.......................................................................................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 ......................................................12 8 喷嘴数Z 0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) 目 录
导叶开启时间对水电站过渡过程的影响(1)解析
导叶开启时间对水电站过渡过程的影响(1) 摘要：针对国内外规范对导叶开启 时间的不同规定，结合理论推导和数值计算实例，分析了不同的导叶开启时间对水电站过渡过程的影响。实例研究结果表明，大波动过渡过程中的蜗壳动水压力、沿管道轴线的压力分布以及调压室阻抗孔口压差等参数均随导叶开启时间变化而变化。通过研究得到如下结论：国际电工技术委员会标准推荐的增负荷时间30～40s是合理的；在并入小网的水力干扰过渡过程中，需要将运行机组最大初始开度限制在最大临界开度之内，才能保证运行机组转速收敛于额定转速，以满足发电机和电网对调节系统的要求。 关键词：过渡过程导叶开启时间数值计算临界时间 前言 在水电站运行中，从空载增至全负荷的导叶开启时间，国内外规范有不同的规定：文献[1]中对调节系统的要求：导叶开度的全行程动作时间应符合设计规范，一般为10～40s。国际电工技术委员会iec(international electrotechnical commission)标准[2]则规定开启时间为20～80s，推荐值30～40s。上述规程标准给出的取值范围虽有重叠部分，但整体范围并不一致，而导叶开启时间的取值问题一直未进行深入的研究。本文将结合两机一洞常规水电站和抽水蓄能水电站两个代表性实例，探讨不同的导叶开启时间对水电站过渡过程的影响，寻找恰当的开启时间（直线开启规律），以满足发电机和电网对调节系统的要求。 1导叶开启时间对过渡过程的影响 水电站过渡过程涉及到大波动、小波动和水力干扰过渡过程三个方面。而在小波动过渡过程中，调速器将自动跟踪，机组不受导叶开启时间长短的影响。因此本文仅讨论导叶开启时间对大波动和水力干扰过渡过程的影响。 1.1导叶开启时间对大波动过渡过程的影响 在无穷大电网条件下，增负荷，机组转速不变，调速器将不参与调节，所以增负荷时间的长短将只对机组两个调保参数（蜗壳末端动水压力、尾水管进口断面压力）、管道沿程的压力分布、调压室涌浪水位及阻抗孔口压差等产生相应的影响。文献[3]给出了粗略估算水锤压力的计算公式：，式中、分别为压力管道水流惯性加速时间常数和导叶动作时间，、为水轮机在初始和终了时的相对流量值。由上式不难看出，在机组增负荷过程中，导叶开启越快，引起的
水道水力过渡过程计算设计大纲范本
FJD34270 FJD 水利水电工程技术设计阶段 水道水力过渡过程计算大纲范本 水利水电勘测设计标准化信息网 1998年3月 1
水电站技术设计阶段水道水力过渡过程计算大纲 主编单位: 主编单位总工程师: 参编单位: 主要编写人员: 软件开发单位: 软件编写人员: 勘测设计研究院 年月 2
目次 1. 引言 (4) 2. 设计依据文件和规范 (4) 3.计算基本资料 (4) 4.大波动水力过渡过程计算 (7) 5.小波动水力过渡过程计算 (15) 6.专题研究（必要时） (16) 7.应提供的设计成果 (17) 3
１引言 ＿＿抽水蓄能电站位于＿＿，在电力系统中的功能是＿＿。电站总装机容量＿＿MW，单机容量＿＿MW。机组型号＿＿。电站开发方式(首部开发、中部开发、尾部开发) ＿＿。引水系统由＿＿组成。 本工程为＿＿等工程。可行性研究报告于＿＿年＿＿月审查通过。 2 设计依据文件和规范 2.1 有关本工程文件 (1) 工程可行性研究报告； (2) 工程可行性研究报告审批文件； (3) 技术设计任务书。 2.2 主要设计规范 (1) SD 303—88 水电站进水口设计规范 (2) SD 144—85 水电站压力钢管设计规范(试行) (3) DL/T 5058-1996 水电站调压室设计规范 (4) SDJ 173—85 水力发电厂机电设计技术规范 (5) SD 134—84 水工隧洞设计规范(试行) (6) GB 9652—88 水轮机调速器与油压装置技术条件 2.3 参考资料和手册 《水电站机电设计手册》(水力机械部分)。 3 计算基本资料 3.1 水库(水池)特征水位 (1)上库(上水池)水位：正常蓄水位＿ｍ；死水位＿ｍ。 (2) 下库(下水池)水位：正常蓄水位＿ｍ；死水位＿ｍ。 4
水电站(问答题标准答案版)
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。?=P/Pw 5.什么是比转速？ n s 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。
武都水库工程水轮机过渡过程计算
武都水库工程水电站水轮机过渡过程计算成果 1.概述 根据技术协议的要求，完成所要求计算的过渡过程计算工况，并提出相应的初步计算成果。 2.计算条件 (1)上游水库 校核洪水位659.43m 设计洪水位656.96m 正常蓄水位658.00m 死水位624.00m (2) 下游尾水位 校核洪水位581.368m 设计洪水位580.126m 正常尾水位572.5m (3) 水轮机净水头 最大水头85.12m 加权平均水头68.09m 额定水头64.00m 最小水头49.35m (4) 流量 多年平均流量142m3/s 电站引用流量259.2m3/s 2.3 布置型式 武都水库水电站位于四川省江油市武都镇境内，电站厂房距江油市约20 km。该电站是涪江上游干流最后一级电站，具有不完全年调节性能，承担部分调峰的中型电站工程。该工程总库容5.72亿m3，额定水头64m，装机容量3×50MW。电站引水发电系统布置情况详见招标文件第8章引水系统布置图。 (5) 水轮发电机组基本参数 水轮机型号HLD267-LJ-320
转轮名义直径 3.2m 水轮机额定出力51.5MW 额定转速214.3r/min 飞逸转速465r/min 发电机GD23750t.m2 水轮机安装高程568.956m 水轮机导叶个数24 3.计算要求 机组最大转速升高率小于55%，蜗壳最大压力升高率小于50%。若两个参数不能同时满足，应推荐合适的参数值。尾水管内的最大真空度不宜大于8m水柱。 4.计算工况 根据武都水库工程电站引水系统的布置方式，水库和发电机组的运行调度情况，以下几种工况可以求出蜗壳最高压力、机组速率最高上升率和尾水管真空值，所选工况： A)额定水头64m条件下，3台机同时甩全负荷3×51.54MW。 B)最大水头85.12.m条件下，3台机甩全负荷3×51.54MW。 C)机组运行水头68.09.m条件下，1台机组带最大负荷56.7MW。 5.计算结果 所述工况的调节保证计算结果，汇总列于表5－1。 表5－1 调节保证计算结果 6.结论 1）武都水库工程电站采用的引水系统，当机组GD2不小于3750t.m2，导叶关闭规律采用图(一)的关闭规律，机组速率上升小于55.0%；蜗壳最高压力升高率小于50.0%，尾水管真空度不大于8.0m。
水轮机作业
第1章 概论 （一） 单项选择题 1．水轮机的工作水头是（ ）。 （A ）水电站上、下游水位差 （B ）水轮机进口断面和出口断面单位重量水流的能量差 2．水轮机的效率是（ ）。 （A ）水轮发电机出力与水流出力之比 （B ）水轮机出力与水流出力之比 3．反击式水轮机是靠（ ）做功的。 （A ）水流的动能 （B ）水流的动能与势能 4. 冲击式水轮机转轮是（ ）。 （A ）整周进水的 （B ）部分圆周进水的 5．喷嘴是（ ）水轮机的部件。 （A ）反击式 （B ）冲击式 （二）填空题 1．水电站中通过 把水能转变成旋转机械能，再通过 把旋转机械能转变成电能。 2．水轮机分为 和 两大类。 3．轴流式水轮机分为 和 两种。 4．水轮机主轴的布置形式有 和 两种。 5．冲击式水轮机有 、 和 三种。 （三）计算题 1．某水轮机的水头为18.6m ，流量为1130m 3/s ，水轮机的出力为180MW ，若发电机效率97.0=g η，求水轮机的效率和机组的出力g P 。 2．某水轮机蜗壳进口压力表的读数为a P 310650?，压力表中心高程为887m ，压力表所在钢管内径D = 6.0m ，电站下游水位为884m ，水轮机流量Q = 290 m 3/s ，若水轮机的效率%92=η，求水轮机的工作水头与出力。 第2章 水轮机的工作原理 （一） 单项选择题 1．水轮机中水流的绝对速度在轴面上的投影是（ ）。 （A ）轴向分量z v （B ）轴面分量m v 2．水轮机中水流的轴面分量m v 与相对速度的轴面分量m w （ ）。 （A ）相等 （B ）不相等 3．水轮机输出有效功率的必要条件是（ ）。 （A ）进口环量必须大于0 （B ）进口环量必须大于出口环量 4．无撞击进口是指水流的（ ）与叶片进口骨线的切线方向一致。 （A ）绝对速度 （B ）相对速度 5．法向出口是指（ ）。 （A ）出口水流的绝对速度是轴向的 （B ）出口水流的绝对速度与圆周方向垂直 （二）填空题 1．水轮机转轮中的水流运动是 和 的合成。 2．水轮机轴面上所观察到的水流速度分量是 和 。
抽水蓄能电站过渡过程特性及调节控制研究综述
第21卷第6期水利水电科技进展2001年12月 基金项目:江苏省水利动力工程重点实验室研究课题(K99082) 王林锁(1959 ),男,江苏丹阳人,扬州大学水利与工程学院教授,河海大学博士研究生,主要从事水利水电工程研究. 抽水蓄能电站过渡过程特性及调节控制研究综述 王林锁,索丽生,刘德有 (河海大学水利水电工程学院,江苏南京 210098) 摘要:简要介绍水力机组过渡过程特性及阀调节理论研究概况和进展,针对抽水蓄能电站的特点,重点分析和讨论了可逆式水泵水轮机全特性曲线的处理方法和机组导叶运行规律的优化问题,对各种优化导叶运行规律方法进行了比较评价,并就抽水蓄能电站工况调节过渡过程问题提出了研究方向和目标. 关键词:抽水蓄能电站;过渡过程;工况调节;综述 中图分类号:TV743 文献标识码:A 文章编号:1006 7647(2001)06 0005 06 随着社会经济的发展和人民生活水平的日益提高,电力系统的日负荷峰谷差越来越大,且电网越大,调峰填谷、提高电站利用率和减少系统能耗问题以及提高供电质量和安全可靠等问题都愈趋重要.大容量抽水蓄能电站具有调峰填谷作用,能提高火(核)电站设备利用率和担负调频调相、旋转备用,可以提高电网供电质量和电网的灵活性及可靠性,它已被证明是各种调峰机组中最经济的一种.目前世界抽水蓄能电站平均年增长超过10%,已建、在建总装机容量已超过1亿kW,其中装机100万kW 以上的大型抽水蓄能电站有40多座,抽水蓄能机组向高水头、大容量发展[1]. 和常规水电站相比,抽水蓄能电站具有水头高、工况转换频繁及输水系统中存在双向水流等特性,其过渡过程除具有一般常规电站特性外,还具有其特殊性: 工况变换复杂,并要求在尽可能短的时间内完成,以满足负荷跟踪事故应急的需要,抽水蓄能机组具有5种基本工况,即静止、发电、发电方向调相、抽水、抽水方向调相,各种工况间的变换排列组合多达24种,实际常见的工况切换有20种; 工况转换频繁,机组需要在较短的时间内经常改变工况以适应电网的不同需要,一般情况下工况变换为1d 数次,有些抽水蓄能电站的工况变化达1h 数次[2].因此,研究抽水蓄能机组各种过渡过程特性,找出合理可靠的调节控制方法,对抽水蓄能电站的稳定、可靠和高效运行有着极重要的意义.1 国内外研究概况及现状分析 目前国内外对水力机构过渡过程的研究主要集 中在单一工况下的水力过渡过程,如抽水工况的启动和停泵,发电工况的甩负荷等过渡过程,而对抽水蓄能电站可逆机组工况转换过渡过程,如抽水工况转向发电或发电工况转向抽水等工况调节过渡过程的研究则不够,同时,研究的重点主要是根据机组和管路等参数及其它边界条件、初始条件进行过渡过程计算,对设计方案进行校核,而对运行工况转换过渡过程的控制问题研究不够.1.1 阀调节理论的研究与发展 抽水蓄能电站机组工况调节过渡过程控制问题实质是在一定的初始条件和边界条件下实现对系统的控制达到预定目标的工程反问题,该反问题的研究起源于阀调节问题,也即在规定了瞬变的持续时间或瞬变中的最大(最小)压力限的情况下计算为完成此任务而需的 S 曲线.关于控制瞬变流的阀门关闭方案的研究工作早在半个多世纪前就已经开始.Knapp [3,4]等建立了阀调节方法:先将注意力集中在系统中的一根管上,并十分仔细地建立它的瞬时变化,然后使系统的其余部分适应这个所选瞬变,同时计算系统的端部边界条件.Ruus [5]和Streeter [6]在20世纪50年代后期也建立了类似的方法.到1963年,一种无摩擦调节的完整处理方法开始建立,它能在阀运动停止后消除最终瞬变.Streeter [7]和W ylie 适当考虑了摩擦,Propson [8]对阀调节方法作了 5
水轮机公式
附录A （资料性附录） 水轮机实时仿真系统采用的计算公式、计算方法 A.1计算公式 A.1.1水轮机单位流量表达式 （A.1）A.1.2水利局单位力矩表达式 (A.2) A.1.3水轮机单位转速计算表达式 （A.3） A.1.4水轮机流量、力矩计算表达式 （A.4） （A.5）A.1.5相对参数值计算公式 用角标“0”表征稳态性；“r”表征额定值；“”表征偏差值则有： （A.6） (A.7) (A.8) （A.9） （A.10）
（A.11） （A.12） （A.13） （A.14） 在线性化假设条件下导叶相对开度，由以上公式可由水轮机相对单位转速、流速、力矩计算公式： （A.15） （A.16） （A.17） A.1.6差分方程的计算公式（见图A.1） （A.18） 式中： Y——输出信号； X——输入信号； S——拉氏算子。 差分后有： （A.19） 由时刻的输入信号值及时刻的输出信号值可计算出时刻的输出信号值。
图A.1参数的差分计算 A.2水轮机力矩、流量特征矩阵的计算公式 A.2.1水轮机的单位力矩特性及流量单位特性 输入至计算机的水轮机特性原始数据应具有制动工矿区的信息，由此特性（图A.2）可有参数表A.1，并按规定格式输入计算机。 图A.2 混流式水轮机单位力矩及流量特性示例 表A.1水轮机单位力矩及流量表
（A.20）显然各参数是导叶开度的函数，相雷地用n-1次多项式表征，当时，有： (A.21) 由式（A.21）可以归纳出在表格中各结点上的参数和，这些参数构成了求解有关系数的已知条件，并可有矩阵关系式： (A.22) (A.23) (A.24) （A.25） 矩阵称作水轮机流量和力矩的特性矩阵，矩阵中各素和分布规律综合表达了不同类型水轮机的流量和力矩对导叶开度和转速变化的敏感程度。水轮机流量、力矩特性矩阵的表达式为： (A.26)
水力-机械过渡过程计算分析总结
大波动过渡过程计算分析总结水电站输水系统和机组过渡过程的计算分析具有重要的意义，该计算分析对于机组参数GD2的选择、导叶关闭规律的确定、调压室参数的选择和管道线路的布置等方面都有重要的指导作用。 水电站过渡过程计算分析由大波动过渡过程计算分析和小波动过渡过程计算分析两部分组成。以下对大波动过渡过程计算分析进行总结说明。 大波动过渡过程计算分析主要包含以下几个部分：①该类系统数学计算模型的建立和求解；②仿真计算程序的编制；③具体输水系统有关原始数据的准备（包含实际系统概化问题）；④各种大波动控制工况的计算分析；⑤《水力过渡过程计算分析报告》的撰写。一．数学计算模型的建立 水电站输水系统数学模型由输水道数学模型和边界数学模型两部分构成。 1．输水道数学模型 目前，输水道数学模型是根据一元总流流体的运动方程和连续方程，建立有压管道水力瞬变的弹性水锤基本方程组，然后利用特征线法对方程组进行简化、求解（这里暂不讨论无压输水道）； 由于在建立和求解模型的过程中，存在一些简化和假定条件，因此存在以下几个值得研究的问题： ①现模型采用一元流假定，该假定在某些情况下不适用，应该改
用“二元流”或“三元流”原理构造数模。 ②该模型要求“同一段管道为单特性管”，因此须对非单特性管进行合理概化。 ③该模型中管道阻力系数采用的是阀门关闭前稳态流动的值，实际应该采用动态的阻力系数。 ④计算时间步长和波速调整的优化。 ⑤含气水锤模型的建立。 2．边界数学模型 不同边界具有不同的数学模型，目前基本边界的数学模型已较成熟，满足仿真计算精度要求。 3．数模的求解方法 有压输水道数学模型采用特征线法求解；简单边界数学模型（如一元非线性代数方程）采用改进的不动点迭代法求解；复杂边界数学模型（如二元非线性代数方程组）采用牛顿-莱甫生法求解。二．仿真计算程序的编制 利用FORTRAN语言将已建立的数学模型和所选的求解方法编制成仿真计算程序。同时，须注意以下几个问题： ①水轮机特性曲线的变换（目前采用改进的Suter法）。 ②水轮机特性曲线数据的插值方法。 ③计算过程中小开度工况的处理（目前采用数学模型处理）。 ④管网系统初始恒定流参数的确定。 三．原始数据的准备
水轮机作业
第一章绪论（一）选择题 1．水轮机的工作水头是（）。 （A）水电站上、下游水位差（B）水轮机进口断面和出口断面单位重量水流的能量差 2．水轮机的效率是（）。（A）水轮发电机出力与水流出力之比（B）水轮机出力与水流出力之比 3．反击式水轮机是靠（）做功的。（A）水流的动能（B）水流的动能与势能 4．冲击式水轮机转轮是（）。（A）整周进水的（B）部分圆周进水的 5．喷嘴是（）水轮机的部件。（A）反击式（B）冲击式 （二）填空题 1．水电站中通过 ____________能转变成旋转机械能，再通过____________把旋转机械能转变成电能。 2．水轮机分为 _____________ 和 _____________两大类。 3．轴流式水轮机分为_____________ 和 _____________两种。 4．水轮机主轴的布置形式有_____________和_____________两种。 5．冲击式水轮机有_____________、_____________ 和_____________三种。（三）问答题 1.水轮机有哪些类型?划分类型的依据是什么?各类水轮机的适用范围是什
么？ 2.混流式与轴流式水轮机主要不同点有哪些？其适用范围有什么不同？ 3.简述各类水轮机转轮区水流的流动与转轮的结构特点。 4.水轮机的基本工作参数有哪些？有何含义？它们的代表符号和单位是什么？ 5.反击式与冲击式水轮机各有哪些过流部件?各有何作用? 6.水电站和水轮机的特征水头都有哪些？它们之间有何区别？ 7．冲击式水轮机的特点是什么？类型有哪些？试说明冲击式水轮机适合高水头的原因？ 8．反击式和冲击式水轮机在能量转换上有何区别？ 9．贯流式水轮机的特点是什么？类型有哪些？ 10．灯泡贯流式水轮机有哪些优点？简述灯泡贯流式水轮机基本组成部分。 11．灯泡贯流式机组的布置形式有几种，各自的适用条件是什么？ 12．灯泡贯流式机组与立式机组有何区别，相比较其优点是什么？ 13．喷管的作用是什么，其型式有几种？折向器和分流器的作用是什么，二者有何区别？ 14.水轮机的型号如何表示?各部分代表什么意义? 15．解释水轮机型号：?HL160-LJ-520、 ZZ560-LH-800、GD600-WP-250、 2CJ30-W-120/2×10。 16．了解我国已建及正在建的大型水电站的机组的单机容量和适用水头。 （四）计算题 1．某水轮机的水头为18.6m ，流量为1130m 3/s ，水轮机的出力为180MW ，若发电机效率97.0=g η，求水轮机的效率和机组的出力g P 。 2．某水轮机蜗壳进口压力表的读数为a P 310650?，压力表中心高程为887m ，压 力表所在钢管内径D = 6.0m ，电站下游水位为884m ，水轮机流量Q = 290 m 3/s ，若水轮机的效率%92=η，求水轮机的工作水头与出力。
水轮机计算
（一）水轮机型号的选择 根据题目条件已知要用HL120-38和HL100-40型水轮机进行选择，对比计算分别如下： （二）水轮机主要参数的计算 HL120-38型水轮机方案主要参数的计算 1、转轮直径的计算 1D = 式中： '3112500;240; 380/0.38/r r N kW H m Q L s m s ==== 同时在附表1中查得水轮机模型在限制工况的效率=88.4%M η，由此可初步假定水轮机在该工况的效率为90.4% 将以上各值代入上式得 10.999D m = = 选用与之接近而偏大的标准直径1 1.00D m =。 2、效率修正值的计算 由附表一查得水轮机模型在最优工况下的max =90.5%M η，模型转轮直径10.38M D m =，则原型水轮机的最高效率max η可依下式计算，即 max max =1M ηη-（1- 1(10.93593.5%=--== 考虑到制造工艺水平的情况取11%ε=；由于水轮机所应用的蜗壳和尾水管的型式与模型基本相似，故认为20ε=，则效率修正值η?为： max max 10.9350.9050.010.02M ηηηε?=--=--= 由此求出水轮机在限制工况的效率为： 0.8840.020.904M ηηη=+?=+=（与原来假定的数值相同） 1、 转速的计算
1 n = 式中''' 10101M n n n =+? 有附表一查得在最优工况下的' 1062.5/min M n r =，同时由于 '1'10110.0160.03M n n n ?====< 所以'1n ?可以忽略不计，则以' 1062.5n =代入上式得： 973.3/min n r = = 选用与之接近而偏大的标准同步转速1000/min n r =。 2、 工作范围的验算 在选定的1 1.00D m =、1000/min n r =的情况下，水轮机的' 1max Q 和各种特征水头下相 应的'1n 值分别为： ' 3 1max 3232 2 21 125000.3790.38/9.8112400.904 9.81r r N Q m s D H η = = =
YMS水电站水力过渡过程计算与分析
4第39卷第6期 2016年06月 水电姑机电技术 Mechanical & Electrical Technique of Hydropower Station Vol.39 No.6 Jun.2016 YM S水电站水力过渡过程计算与分析 刘峰，安刚 (新疆水利水电勘测设计研究院,新疆乌鲁木齐830000) 摘要:通过对YM S水电站水力过渡过程计算分析，介绍了各个系统的设计思路和布置方式，希望对国内外同类型水电站设计提供一定的借鉴参考。 关键词:水电站；调节保证计算；调压阀；气垫式调压室 中图分类号:TV136 文献标识码:A文章编号=1672-5387(2016)06-0004-03 D0I：10.13599/https://www.360docs.net/doc/3d11258952.html,ki.11-5130.2016.06.002 1概述 YMS水电站工程位于新疆维吾尔自治区阿克 苏地区，工程为引水式电站，由进水闸、引水渠道、压 力前池、压力钢管、厂房及尾水渠等主要建筑物组 成。电站最大水头210.3 m,加权平均水头201.3 m,额定水头199.6 m,最小水头199.6 m,设计弓丨用流量 140 m3/s,厂房内安装3台70 MW和1台34 MW的 立轴混流式水轮发电机组，总容量为244 MW。 2无调保措施下的计算 2.1引水系统布置 该电站是一座长压力引水系统电站，压力管道 总长S L为2332.43 m。发电弓|7乂系统由2条压力 输水管路组成，其中1号输水主管(04 600 mm)经 岔管分为2条支管分别接入2台70 MW机组,2号 输水主管(CM 100 mm)经岔管分为2条支管分另!j接 入1台70 MW机组和1台34 MW机组。 2.2调节保证计算控制标准 本电站水头范围为199.6 ~ 210.3 m,在电网中 承担基荷运行。结合地区电网容量及特点，按照《水 力发电厂机电设计规范》的要求，机组甩负荷时的最 大转速升高率保证值宜小于60 %，蜗壳最大压力升 高率保证倌宜为25 %~30 %.尾水管进口断面的最 大真空保证值不应大于0.08 MPa0 考虑到最大转速升高率与最大压力升高率计算 值存在误差，计算值中没包括甩负荷时蜗壳中压力 脉动，因此其保证值应按计算值并留有适当的裕度 来确定，本电站调节保证计算的设计标准如下： 机组最大转速升高率矣50 %; 蜗壳最大压力升高率矣25 %(263 m); 尾水管进口最大真空彡6_3 m。 2.3无调保措施下的过渡过程数值计算 由于电站尾水道很短，尾水管进口最小压力容 易满足，而引水道相对较长，故主要针对蜗壳末端压 力和转速控制值选取控制工况。计算中的机组关闭 规律初步选用一段直线关闭,70 MW机组GD2暂取 3 600 t.m2,34 M W机组 GD2暂取 780 t.m2,计算结 果见下页表1。 由表1可知，在不设置调保措施的前提下,2个 7jC力单元机组关闭规律在11~15 S选取时，蜗壳末 端最大压力及机组最大转速上升率均大于相应的控 制标准，不能满足调保控制要求。因此，在现有的引 水系统下，单纯采用调整关闭规律的方法是不能够 解决水锤压力与机组转速上升之间的矛盾，应在引 水发电系统上设置调保措施。 3设置调压阀措施下的调保计算 为保证电站安全运行，需采用设置调压井或调 压阀等措施来解决引水系统水锤压力和转速上升之 间的矛盾。该电站属于中型电站，设置调压井需要较 大投资和较长工期，且电站由于自身的地形、地质条 件的限制，难于建造常规调压井。故从技术经济层面 考虑，推荐采用调压阀方案。 理论上调压阀必须与导叶联动，但一旦联动装收稿日期：2016-02-26 作者简介:刘峰(1981-)，男,工程师，长期从事水电站水力机械设计工作。
改善水力机组过渡过程动态特性的优化措施
改善水力机组过渡过程动态特性的优化措施 内容摘要：简要介绍了水电站运行过程中出现的几种大波动过渡过程，以及过渡过程中出 现的机组转速升高和水击压力升高的问题，并对优化过渡过程的措施进行了简单的介绍。研究 水力机组过渡过程特性，找出合理的调节控制方法，对于水电站的稳定、可靠和高效运行有着 极其重要的意义。 1.大波动过渡过程概述 水电站在日常运行过程中，由于工作条件经常变化使水轮机经常处于不同工况点之间的过渡过程中。常规电站的典型过渡过程有：机组起动过渡过程；增减负荷过渡过程；甩负荷过渡过程；飞逸过渡过程；停机过渡过程；发电转调相过渡过程；其它事故过渡过程。 水电站的各种过渡过程尤其是大波动过渡过程，虽然历时比较短，但伴随着工况参数大幅度的急剧变化，由水流惯性与机器运动惯性引起很大的动态附加荷载和一系列复杂的物理现象，对水电站的运行安全及运行质量有着极其重要的影响。因此，研究水力机组各种过渡过程的特性，找出合理的调节控制方法，对水电站的稳定、可靠和高效运行有着极其重要的意义。 在水电站大波动过渡过程中常见的问题是引水系统水击压力的增大和机组转速的 上升问题。因此调节保证计算的主要任务是根据水电站输水系统和水轮发电机组的特性，合理选择阀门或者导叶的调节时间和调节规律，进行水锤和机组转速变化计算，使两者均在允许的范围之内，并尽可能降低水锤压强。 机组的转速上升和最大水击压力都与导叶关闭速度有关。导叶关闭越快，水压上升越大；导叶关闭越慢，转速上升越快。因此，必须进行调节保证计算，寻找合理的关闭时间和关闭规律，使最大水击压力升高和转速上升值均在允许范围内。但实际上，限制水击压力升高和限制机组转速升高的要求往往是相互制约的，矛盾的焦点是需要一个合适的导叶关闭时间T S,使转速上升和压力上升都符合设计规程的要求。但是水电站无法 找到合适的T S值时，就必须采取一系列调保措施来保证转速上升和压力上升都符合规程的要求，达到优化过渡过程的目的。
《水轮机》考试卷E(答案).doc3
三、名词解释 1、GT 800－WP －410 答：贯流转桨式水轮机，转轮型号800，卧轴灯泡式，转轮标称直径为410cm 。 2、HL220—LJ —250 答：混流式水轮机，转轮型号220，立轴金属蜗壳，转轮标称直径为250cm 。 3、蜗壳最大包角 答：指蜗壳的进口断面到蜗壳的鼻端所围角度。 4、水轮机比转速 答：水轮机在水头为1m ，出力为1KW 时所具有的转速。 5、空蚀 答：当流道中水流局部压力下降到临界压力（一般接近汽化压力）时，水中气核成长为气泡，气泡的聚积、流动、分裂、溃灭现象的总称。 6、单位流量 答：水轮机转轮标称直径为1m ，有效水头为1m 时所具有的流量。 四、问答题（共31分） 1、常用的补气方式有哪些？其各适用于什么情况？(6) 答：有自然补气和强迫补气两种方式。 当下游水位变化不大且吸出高度为正值时，采用自然补气。当下游水位变化的幅度大且Hs<-5m 以上采用自然补气有困难时，采用射流泵或压缩空气进行强迫补气。 2、试述立式机组导轴承的作用是什么？紧急真空破坏阀的作用是什么？（6分） 答：导轴承作用是：固定主轴轴线，承受机组的径向力和振摆力。 紧急真空破坏阀的作用：当机组在紧急停机时，由于水流惯性作用，会在转轮下形成很大的真空，会破坏机组的顶盖；并且水流反向倒流，产生反泵向力，引起机组抬机现象。为避免出现出述情况，在出现真空时补入空气，破坏其真空和水流倒流时起到缓冲消能的作用。 3、为什么说切击式水轮机适用于水头变化小而负荷变化大的电站？（6分） 答：从分析切击式水轮机的等效率曲线可知，切击式水轮机的效率沿横轴Q 11变化很缓，而沿纵轴n 11变化很大，这说明在转轮直径、转速为常数时，其效率受水头变化影响大，受流量变化影响小。所以说切击式水轮机适用于水头变化小而负荷变化大的电站。 4、计算D 1时，为什么采用限制工况11Q 的，而不用最优工况的110Q ？计算同步转速采用哪个水头？计算吸出高度H S 时，应计算哪两种工况下的吸出高度，最后选取哪个值作为结果？（8分） 答：计算D 1时，采用限制工况的单位流量计算的水轮机转轮直径较小，可降低转轮造价；其次，当水轮机工况发生改变时，水轮机运行工况会在接近于最优工况下运行，保证水