CN109992831B - 一种水轮机调速器的选型方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种水轮机调速器选型方法，包括:步骤1：计算接力器直径d_c；步骤2：计算水轮机导叶以开度圆直径表征的最大开度a_0max及接力器最大行程S_max。其中，a_0max根据公式

求取，S_max根据公式S_max＝(1.4～1.8)a_0max求取；步骤3：根据接力器直径d_c以及接力器最大行程S_max求计算接力器容积V。其中，

步骤4：根据接力器容积V及接力器等效关闭时间T_f计算和选择水轮机调速器主配压阀直径d。其中，

步骤5：根据主配压阀直径按行业标准选择水轮机调速器型号。本发明方法简单快速，具有较高的可靠性，特别是a_0max的计算相对误差不超过0.25％。

Description

一种水轮机调速器的选型方法

技术领域

本发明涉及水电站水电机组控制技术领域，尤其涉及一种水轮机调速器选型方法。

背景技术

水轮机调速器是水电厂直接控制水轮发电机组的专有设备，用于控制水轮发电机组的开机、空载、并网、增减负荷、停机等各个工作环节，在机组并网前能保证机组频率在50Hz±0.2Hz内调节，并网后根据负荷设定值调整机组负荷和按预先设定的参数参与***的一次调频。水轮机调速器作为水轮发电机组的主要控制装置之一，直接关系到对水电机组控制的可靠性和安全性，因此，选择一款合适的水轮机调速器就显得尤为重要。

水轮机调速器的作用是根据被控量(如机组转速、导叶开度和机组有功功率)与指令信号的偏差，按照一定的控制策略产生控制信号，再通过控制导叶接力器(对转桨式机组还包括桨叶接力器)来控制导水叶(桨叶)的开度大小，从而控制水轮机过水流量的大小来调整水轮机的转速或出力的作用。

水轮机调速器按调节元件分为机械液压型调速器(即ST和T型)、电气液压型调速器(DST型和DT型)、微机型调速器(即WST型和WT型)；但是，现在已普遍采用第三种类型水轮机调速器。例如，型号为WT-80-2.5的水轮机调速器，其代表的含义是：该水轮机调速器为微机型调速器，其主配压阀直径为80mm，水轮机调速器液压操作***的额定油压等级为2.5Mpa。

由此看出，在已定调节元件类型和额定油压等级情况下，水轮机调速器选择恰当与否就取决于主配压阀直径的大小了。

因此，在水电站初步设计阶段为了根据实际需要选择一款型号恰当的水轮机调速器，就需要计算其中一个很重要的参数，即水轮机调速器主配压阀直径，并以此为依据来选择水轮机调速器的型号。而为了计算该参数必须要根据模型水轮机导叶最大开度计算真机导叶最大开度值，该导叶最大开度值以导叶开度圆直径表示。然而，目前在水轮机行业所给出的模型水轮机导叶开度基本上都是以导叶转角来表示的，这就对水轮机调速器的选型产生了障碍。目前克服这一障碍的一般方法是以模型水轮机导叶转角、导叶型式和导叶数为依据，再根据计算得到的真机导叶分布圆直径和真机导叶尺寸来绘制相应的导叶布置图，并在此图中测量出导叶最大开度圆直径，最终才能完成水轮机调速器选型工作，这种选择方法过程繁琐，而且效率低。

发明内容

本发明的目的在于解决上述现有技术存在的障碍，提供一种在以水轮机导叶转角

来定义导叶最大开度条件下，水轮机调速器的选型方法。

在以水轮机导叶转角

来定义导叶最大开度条件下，水轮机调速器选型方法，该方法是在计算获取导叶最大开度圆直径a_0max基础上，以通过进一步计算得到的水轮机调速器主配压阀直径d为依据来选择水轮机调速器的型号。以导叶数Z₀取24只，额定工作油压2.5MPa，采用双直缸接力器为例，包括导叶最大开度圆直径a_0max、接力器容积V和水轮机调速器主配压阀直径d的计算在内的水轮机调速器选型方法包括以下步骤：

步骤1：计算接力器直径d_c；

步骤2：计算水轮机导叶以开度圆直径表征的最大开度a_0max及接力器最大行程S_max；

D₀＝1.16D₁ (2)

L₁＝0.072D₀ (3)

S_max＝(1.4～1.8)a_0max (6)

其中，所述D₁表示水轮机转轮标称直径；D₀表示导叶分布圆直径；Z₀表示导叶数；L₁表示导叶转动中心轴线至导叶尾部长度；a_oj表示导叶最大径向开度值；

表示导叶从全关位置旋转至径向位置所转过的度数，对于对称型导叶为82.237°，非对称导叶为81.14°；

为以导叶转角表示的最大导叶开度值；k_v表示修正系数，对称型导叶选用公式(7)，非对称型导叶选用公式(8)。

步骤3：根据接力器直径d_c以及接力器最大行程通过S_max计算接力器容积V，按双直缸接力器按式(9)计算。

步骤4：根据接力器容积V及接力器等效关闭时间T_f计算和选择水轮机调速器主配压阀直径d。

其中，所述V为接力器容积，T_f为接力器等效关闭时间，由调节保证计算确定；v为管路中油的流速，一般取v≤4～5m/s。

步骤5：根据主配压阀直径按行业标准确定水轮机调速器型号。

有益效果：

本发明通过提供的水轮机调速器选型方法，根据公式(2)～(5)，就可直接获取以导叶最大开度圆直径表示的导叶最大开度值a_0max；根据a_0max就可以计算得到接力器最大行程S_max，从而计算接力器容积V；根据接力器容积V以及其他相关参数就可以计算配压阀直径d，并最终确定水轮机调速器的型号。该方法简单快速，具有较高的可靠性，特别是a_0max的计算相对误差不超过0.25％左右。

附图说明

图1为导叶处于全关和径向开度状态示意图；

图2为导叶转角与导叶开度圆直径示意图；

图3为根据实验例2得到的导叶开度圆直径与导叶转角关系曲线图，*表示由导叶转角计算所得开度值，实线表示通过公式计算所得的开度值。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1：

本实施例提供一种水轮机调速器选型方法，包括:以水轮机调速器配压阀直径d为依据来选择水轮机调速器的型号；其中以国内某水电站初步设计为例，其水轮机型号为HLD307-LJ-290，转轮标称直径D₁＝2.9m，导叶数Z₀＝24，导叶叶型为对称型，水电站最大工作水头H_max＝184.02m，导叶高度b₀＝0.535m，导叶最大开度(以导叶转角计)

通过调节保证计算得接力器等效关闭时间T_f＝5s(对于分段关闭规律取快速关闭时间)。拟选水轮机调速器为微机型，额定工作油压为4.0MPa。与该水轮机所匹配的调速器选型步骤如下：

步骤1：计算接力器直径d_c。

故选用标准接力器直径系列，d_c＝0.45m。

需要说明，式(1)是按工作油压为2.5MPa计算，对4.0Mpa工作油压等级须按式(2)作修正。

步骤2：计算水轮机导叶以开度圆直径表征的最大开度a_0max及接力器最大行程S_max。

D₀＝1.16D₁＝3.364m (3)

L₁＝0.072D₀＝0.242m (4)

S_max＝(1.4～1.8)a_omax＝0.227～0.292m (8)

根据式(8)计算结果初步取S_max＝0.292m。

步骤3：根据接力器直径d_c以及接力器最大行程通过S_max计算接力器容积V。

步骤4：根据接力器容积V及接力器等效关闭时间T_f计算和选择水轮机调速器主配压阀直径d。

其中，v取4m/s。根据JB/T7072-2004选择主配压阀直径d＝80mm。

步骤5：根据主配压阀直径按行业标准确定水轮机调速器型号。

根据上述已知条件及计算结果，可确定水轮机调速器型号为WT-80-4.0。

实验例1：

表1是以水轮机标称直径2.5m，导叶叶型为非对称型，导叶数为24只为例，根据图1、图2绘制导叶布置图测量开度圆直径，与所述计算方法获取导叶开度值进行对比的示例。

表1绘图法测量开度圆直径与计算法结果对比示例表(一)

实验例2：

表2是以水轮机标称直径2.5m，导叶叶型为对称型，导叶数为24只为例，根据图1、图2绘制导叶布置图测量开度圆直径，与所述计算方法获取导叶开度值进行对比的示例。

表2绘图法测量开度圆直径与计算法结果对比示例表(二)

图3中，实线是由导叶布置图获得开度圆直径与导叶转角的关系曲线，*表示由导叶转角计算所得开度值，从图3看出计算开度值与由导叶布置图获得开度圆直径曲线重合性很好，拥有较好的可靠性。

由表1和表2可知，通过绘制导叶布置图所获取的以导叶开度圆直径所表示的导叶开度值与以所述计算公式所获取的导叶开度圆直径非常接近，其相对误差均不超过0.25％，因此本发明方法具有相当的可靠性和快速性。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (1)

1.一种水轮机调速器选型方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：计算接力器直径d_c；

其中，所述D₁表示转轮标称直径，b_o表示导叶高度，H_max表示水轮机最大工作水头，λ为与导叶型式有关的计算系数，标准对称型导叶取0.027～0.030，非对称型导叶取0.029～0.032；

步骤2：计算水轮机导叶以开度圆直径表征的最大开度a_0max及接力器最大行程S_max；

D₀＝1.16D₁ (2)

L₁＝0.072D₀ (3)

S_max＝(1.4～1.8)a_0max (6)

其中，所述D₁表示水轮机转轮标称直径；D₀表示导叶分布圆直径；Z₀表示导叶数；L₁表示导叶转动中心轴线至导叶尾部长度；a_oj表示导叶径向开度值；

表示导叶从全关位置旋转至径向位置角度数，对于对称型导叶为82.237°，非对称导叶为81.14°；

为以导叶转角表示的导叶最大开度值；k_v表示修正系数，对称型导叶选用公式(7)，非对称型导叶选用公式(8)；

步骤3：根据接力器直径d_c以及接力器最大行程通过S_max计算接力器容积V；

步骤4：根据接力器容积V及接力器等效关闭时间T_f计算和选择水轮机调速器主配压阀直径d；

其中，所述V为接力器容积，T_f为接力器等效关闭时间，由调节保证计算确定；v为管路中油的流速，一般取v≤4～5m/s；

步骤5：根据主配压阀直径按行业标准确定水轮机调速器型号。

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