1、GZ995-WP-415 水轮机调节保证初步计算书 吉利水电站0L4.227.6001第 页共 页 16底 图 总 号旧底图总号号批 准审 定会 签审 查标 检校 核拟 制日 期签 字文 件 号处数标记签字日期1. 概述本报告叙述了对水轮机发电组甩负荷过渡过程的计算过程，校核了机组甩负荷时导叶前最大压力上升与机组速率上升，推荐了甩负荷时导叶、桨叶的最优关闭规律，最后给出了结论。2. 计算软件简介 调节保证采用河海大学开发的水电站水力-机械过渡过程仿真计算系统进行计算。该软件可计算复杂水力管网中的瞬变流现象。数学模型基于弹性水锤理论数值计算解。2.1 水锤计算基本理论计算理论基于“伯吉龙特征线法
2、”求解压力波随流量变化的传统方程。具体波动方程如下：- 动态方程：-连续方程：偏导求波动方程得：tQgstvxHPdtv1xgsavtxvEdtP2222xHat22QtGZ995-WP-415 水轮机调节保证初步计算书 0L4.227.6001第 页共 页2 6底 图 总 号旧底图总号日 期签 字文 件 号处数标记签字日期日 期签 字文 件 号处数标记 日 期签 字文 件 号处数标记上述方程组的一般解为： 式中 f1、f2 是完全任意的，各自是“x+at”和“x-at”的函数，可以根据满足管路末端条件来进行选择。在确定了管路系统的伯吉龙单元后(长度 dx=adt),我们就可采用上述方程，以上
3、下游水位、模型综合特性曲线为边界条件，水轮机甩负荷前为初始条件进行迭代计算，最终求得管路每一节点的压头和流量随时间的变化规律。2.2 水轮机转速上升计算对于不同特性的水轮机，甩负荷后的转速变化规律受压力上升特性的不同而受到影响。具体按下式进行计算：式中转轮水力矩 C 随导叶开度变化而变化，由水轮机模型特性决定。3. 流道模型的概化计算灯泡贯流式水轮机组引水流道形状复杂，固定导叶前均是由矩形断面或与圆形断面组成的环形过流通道,尾水管是近似圆锥形的扩散管 ,而特征线法要求过流断面为圆形，因此须将不规则的过流断面转化成等价的当量圆形过流断面，转化时两者的加权平均动量、动能均维持不变。经验表明该方法是
4、可行的。据此得等价长度 ,即等价管长度等Lin1)()(),(21atxfatxftxHsgQdtIGZ995-WP-415 水轮机调节保证初步计算书 0L4.227.6001第 页共 页3 6底 图 总 号旧底图总号日 期签 字文 件 号处数标记签字日期日 期签 字文 件 号处数标记 日 期签 字文 件 号处数标记于各分段长度之和;等价管 ， 即等价管 L/S 等于各分段 L/S 之和。 LSiin1概化计算按流道图确定的全流道尺寸，和厂房布置图进行： 从上游闸门到灯泡头为一段,长 5.955m,当量 =0.082 (l/m),当量直径 9.616m。 LS 从灯泡头到固定导叶为一段，长 5
5、.68m，当量 =0.1189(1/m)，当量直径 7.799(m)。 从固定导叶到叶片中心线为一段，长 4.716m，当量 =0.1797(1/m)，当量直径LS5.745(m)。 从转轮叶片中心线到尾水管出口为一段,长 21.58m,当量 =0.8154(1/m), 当量直径 S5.805m。 故转轮前 =0.3806 (1/m) ,转轮后 =0.8154 (1/m)。 LSLS由此得流道概化图如下：上 游 下 游7 6 5 4 3 2 1图中各管段参数如下： 节 段 管 径 (m) 长 度 (m)1-2 5.805 21.58GZ995-WP-415 水轮机调节保证初步计算书 0L4.2
6、27.6001第 页共 页4 6底 图 总 号旧底图总号日 期签 字文 件 号处数标记签字日期日 期签 字文 件 号处数标记 日 期签 字文 件 号处数标记3-4 5.745 4.7164-5 7.799 5.686-7 9.616 5.9554. 计算工况 根据经验，主要对如下两个工况进行计算：根据经验，主要对如下两个工况进行计算： 工况 1：最大水头下一台机突甩满负荷，校核导叶前最大压力上升。 主要参数： Hmax=10.24m;Nr=10.417MW;Q=109.23m3/s;上游水位=2021.34m; 下游水位=2009.57m 工况 2：额定水头下一台机突甩满负荷，校核机组最大速率
7、上升。 主要参数： Hr=8.5m; Nr=10.417MW;Qr=132.2m3/s;上游水位=2019.60m;下游水位=2009.57m5.水轮机段: 2-3基本参数:水轮机型号: GZ995-WP-415转轮直径: 4.15m额定转速: 115.4rpm安装高程: 2002m发电机 GD2: 410T.m2水轮机转动部分 GD2: 35T.m2水轮机水体 GD2: 117T.m2GZ995-WP-415 水轮机调节保证初步计算书 0L4.227.6001第 页共 页5 6底 图 总 号旧底图总号日 期签 字文 件 号处数标记签字日期日 期签 字文 件 号处数标记 日 期签 字文 件 号
8、处数标记6.水头损失段：5-6水头损失近似给定如下(水头损失 0.51m)：H = 0.497X10 -4 Q27. 调节保证值 导叶前最大压力上升: 50%(对应压力值为 24.46m)机组最大速率上升: 70%8. 甩负荷后导叶关闭规律 两段关闭，第一段 4s，第二段 7s，拐点为 40%：100 行程()400 4 11 关闭时间(秒) 9. 甩负荷后桨叶关闭规律 一段关闭，时间 40s：100 行程()GZ995-WP-415 水轮机调节保证初步计算书 0L4.227.6001第 页共 页6 6底 图 总 号旧底图总号日 期签 字文 件 号处数标记签字日期日 期签 字文 件 号处数标记
9、 日 期签 字文 件 号处数标记0 40 关闭时间(秒) 10. 计算结果:工况 1、 2 计算结果见下表。导叶前最大压力(m)机组最大速率上升(%)尾水管进口最小压力(m)工 况 1 20.51 54.1 3.34工 况 2 18.9 52.1 1.4保 证 值 24.46 60 -2.011. 结论： 通过对最大水头和额定水头下机组甩额定负荷时的过渡过程计算分析表明：在只考虑机组 GD2(445T.m2)的情况下，导叶前水压上升与机组速率上升均已满足合同要求的调节保证值，且还有一定的余量。而如计入水轮机转轮体域水体转动惯量则机组实际速率上升将小于上述计算值。 故推荐本电站采用上述导叶和桨叶关闭规律。
