畢業(yè)設(shè)計(jì)--水電站調(diào)節(jié)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與分析

1、<p>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書</p><p>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題目：YXW水電站調(diào)節(jié)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與分析（方案Ⅲ） </p><p>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）內(nèi)容：</p><p>　　水輪發(fā)電機(jī)組主要參數(shù)設(shè)計(jì)</p><p>　　調(diào)速設(shè)備選擇及調(diào)節(jié)保證計(jì)算</p><p>　　水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)數(shù)學(xué)模

2、型的建立</p><p>　　水輪機(jī)（有功功率）調(diào)節(jié)系統(tǒng)穩(wěn)定性研究</p><p>　　水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)仿真</p><p>　　專題（子課題）題目： </p><p>　　專題（子課題）內(nèi)容：</p><p>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）指導(dǎo)

3、教師（簽字）： </p><p>　　主 管 教 學(xué) 院 （部） 長（簽字）： </p><p>　　年 月 日</p><p>　　YXW水電站調(diào)節(jié)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與分析</p><p>　?。ǚ桨窱、II、III）</p><p>　　

4、YXW水電站位于四川省WC縣，岷江支流上，電站建成后向四川系統(tǒng)供電。該電站壩址選在西谷村上游2.5公里處,為混合式開發(fā)水電站，地下廠房。水庫具有不完全年調(diào)節(jié)能力。引水口至電站主廠房上游側(cè)邊墻512米，公路自右岸進(jìn)入廠區(qū)。</p><p><b>　　水電站主要特性數(shù)據(jù)</b></p><p><b>　　1.1 水頭</b></p>

5、<p>　　最大水頭 76.00m</p><p>　　平均水頭 62.00m</p><p>　　最小水頭 52.00m</p><p><b>　　1.2 尾水位</b></p><p><b>　　1.3　引水道參數(shù)</b></p><p>　　壓

6、力波速　　 ａ＝1100m/s</p><p>　　壓力引水鋼管 512m</p><p>　　尾水隧洞 150m</p><p><b>　　設(shè)計(jì)方案：</b></p><p>　　3.電站和機(jī)組工作條件：</p><p>　　3.1　該系統(tǒng)的主力調(diào)峰、調(diào)頻電站，系

7、統(tǒng)總裝機(jī)容量8500MW。</p><p>　　3.2　不完全年調(diào)節(jié)水庫</p><p>　　3.3 仿真計(jì)算時(shí)可取eg=0.4，Ty=0.1； </p><p>　　4． 氣候條件：</p><p>　　4.1 年平均溫度 14.6℃</p><p>　　4.2 年最高溫度 33.8℃&l

8、t;/p><p>　　4.3 多年相對濕度 78%</p><p><b>　　5.水質(zhì)：</b></p><p>　　5.1 平均含沙量0.68kg/m3，汛期來沙量約為全年來沙量的86%</p><p>　　6. 運(yùn)輸方式：公路</p><p>　　YXW水電站調(diào)節(jié)系統(tǒng)

9、設(shè)計(jì)與分析說明書</p><p>　　學(xué) 校： 昆明理工大學(xué) </p><p>　　學(xué) 院： 冶金與能源工程學(xué)院 </p><p>　　專 業(yè)： 熱能與動(dòng)力工程專業(yè) </p&

10、gt;<p>　　學(xué)生姓名： 何 川 </p><p>　　指導(dǎo)教師： 張 瓊 講 師 </p><p>　　王 煜 副教授 </p><p>　　YXW hydropower statio

11、n regulation system design and analysis</p><p>　　School： Kunming Universitv of Science and technologv </p><p>　　College: metallurgy and energy engineering institute

12、 </p><p>　　Specialized subject: thermal energy and power engineering 081 class </p><p>　　Student Name： He Chuan </p>

13、<p>　　Advisor： Zhang Qiong Lecturer </p><p>　　Wang Yu Associate professor </p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　摘 要</b></p

14、><p><b>　　前 言</b></p><p>　　YJXZ水電站水輪機(jī)機(jī)組選型設(shè)計(jì)說明書1</p><p>　　第一章 水輪發(fā)電機(jī)組主要參數(shù)設(shè)計(jì)1</p><p>　　第一節(jié) 水輪機(jī)主要參數(shù)的確定1</p><p>　　第二節(jié) 運(yùn)轉(zhuǎn)綜合特性曲線繪制4</p><

15、p>　　第二章 蝸殼計(jì)算8</p><p>　　第一節(jié) 參數(shù)的選擇8</p><p>　　第二節(jié) 進(jìn)口斷面參數(shù)選擇8</p><p>　　第三節(jié) 座環(huán)尺寸的確定8</p><p>　　第四節(jié) 蝸殼系數(shù)計(jì)算9</p><p>　　第五節(jié) 蝸殼各斷面參數(shù)計(jì)算10</p><p>　

16、　第六節(jié) 蝸殼單線圖的繪制12</p><p>　　第三章 尾水管設(shè)計(jì)13</p><p>　　第一節(jié) 尾水管形式的選擇13</p><p>　　第二節(jié) 尾水管尺寸計(jì)算13</p><p>　　第三節(jié) 尾水管單線圖繪制13</p><p>　　第四章 發(fā)電機(jī)的設(shè)計(jì)14</p><p>

17、;　　第一節(jié) 水輪發(fā)電機(jī)的形式選擇14</p><p>　　第二節(jié) 水輪發(fā)電機(jī)通風(fēng)冷卻方式14</p><p>　　第三節(jié) 水輪發(fā)電機(jī)外形尺寸的估算14</p><p>　　第四節(jié) 水輪機(jī)和發(fā)電機(jī)重量估算16</p><p>　　第五章 調(diào)節(jié)保證計(jì)算18</p><p>　　第一節(jié) 基本參數(shù)18</

18、p><p>　　第二節(jié) 確定管道的19</p><p>　　第三節(jié) 最大水壓上升和最大速率上升率計(jì)算19</p><p>　　第四節(jié) 調(diào)速設(shè)備的選擇22</p><p>　　第六章 調(diào)節(jié)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與分析23</p><p>　　第一節(jié) 基本參數(shù)計(jì)算23</p><p>　　第二節(jié) 數(shù)學(xué)模型建

19、立23</p><p>　　第三節(jié) 水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)穩(wěn)定性研究25</p><p>　　第四節(jié) 水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)仿真28</p><p><b>　　結(jié) 論31</b></p><p><b>　　總結(jié)與體會(huì)33</b></p><p><b>　　謝 辭

20、34</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)35</b></p><p>　　附錄1 YXW水電站水輪機(jī)機(jī)組選型設(shè)計(jì)計(jì)算書36</p><p>　　附錄2 文獻(xiàn)翻譯104</p><p>　　附圖·······

21、;····································

22、83;····································&

23、#183;····································

24、;····································

25、83;············113</p><p><b>　　摘要：</b></p><p>　　水電站水輪機(jī)選型設(shè)計(jì)是根據(jù)電站原始數(shù)據(jù)，對指定電站、指定原始參數(shù)進(jìn)行水電站機(jī)電設(shè)備初步設(shè)計(jì)，包括水輪機(jī)選型、調(diào)節(jié)保證計(jì)算及調(diào)速設(shè)備選擇、調(diào)節(jié)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

26、等。初步擬定設(shè)計(jì)方案，通過計(jì)算，繪制圖紙，對各項(xiàng)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)進(jìn)行綜合比較，確定最優(yōu)的裝機(jī)方案，擇優(yōu)選出A368-46-LJ型水輪機(jī)為最終確定機(jī)型，裝機(jī)臺(tái)數(shù)為3臺(tái)。調(diào)節(jié)保證計(jì)算，要求在設(shè)計(jì)工況和最大工況下均要滿足水擊壓力上升值和轉(zhuǎn)速上升值的標(biāo)準(zhǔn)。壓力上升值ξmax<30%~50%，轉(zhuǎn)速上升值β<50%。確定導(dǎo)葉關(guān)閉時(shí)間T`s=13s。水電站調(diào)節(jié)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，對調(diào)節(jié)系統(tǒng)中調(diào)速器參數(shù)對系統(tǒng)影響進(jìn)行研究及仿真驗(yàn)證分析。</p>

27、<p>　　關(guān)鍵詞：水輪機(jī)選型 調(diào)節(jié)保證計(jì)算 調(diào)節(jié)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 仿真分析</p><p>　　Abstract: </p><p>　　Hydraulic Power Station mechanical design is based on raw data, for the designated station, the original parameters of

28、 the designated station preliminary design of mechanical and electrical equipment, including turbine selection, calculation and speed regulator to ensure that equipment selection, , main plant layout design Preliminary,

29、by calculating, drawing drawings, on the comparison of economic indicators to determine the optimal capacity of the program, merit-based election A368-46-LJ type </p><p>　　Key words: Hydraulic turbine type s

30、election Regulation guarantee calculation The design of the control system Simulation analysis</p><p><b>　　前 言</b></p><p>　　水電站水力機(jī)械設(shè)計(jì)是根據(jù)電站原始數(shù)據(jù)，對指定電站、指定原始參數(shù)進(jìn)行水電站機(jī)電設(shè)備初步設(shè)計(jì)，包括水輪機(jī)選

31、型、調(diào)節(jié)保證計(jì)算及調(diào)速設(shè)備選擇、輔助設(shè)備系統(tǒng)設(shè)計(jì)、主廠房布置設(shè)計(jì)等。初步擬定設(shè)計(jì)方案，通過計(jì)算，繪制圖紙，對各項(xiàng)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)進(jìn)行綜合比較，確定最優(yōu)的裝機(jī)方案；調(diào)節(jié)保證計(jì)算，要求在設(shè)計(jì)工況和最大工況下均要滿足水擊壓力上升值和轉(zhuǎn)速上升值的標(biāo)準(zhǔn)。壓力上升值ξmax<30%~50%，轉(zhuǎn)速上升值β<50%。主要通過了水輪機(jī)選型計(jì)算、蝸殼尾水管計(jì)算、調(diào)節(jié)保證計(jì)算等主要計(jì)算過程，對水電站進(jìn)行調(diào)速系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)分析。</p><

32、;p>　　根據(jù)電站原始參數(shù)，由電站水頭范圍為52-76m，確定選擇水輪機(jī)的類型為混流式水輪機(jī)，初選水輪機(jī)型號(hào)為A511、A368、D74型；由電站的裝機(jī)容量為300000KW，根據(jù)實(shí)際條件，確定水輪機(jī)的裝機(jī)方案，擬定裝機(jī)方案為3、4、5臺(tái)機(jī)組的初選方案。分別對各個(gè)方案進(jìn)行計(jì)算，對各個(gè)機(jī)型的每個(gè)方案計(jì)算結(jié)果的效率、比轉(zhuǎn)速、吸出高度等經(jīng)濟(jì)指標(biāo)進(jìn)行綜合比較，擇優(yōu)選出A368-46型水輪機(jī)為最終確定機(jī)型，裝機(jī)臺(tái)數(shù)為3臺(tái)。</p>

33、;<p>　　由選型計(jì)算結(jié)果，即水輪機(jī)型號(hào)、轉(zhuǎn)輪直徑、設(shè)計(jì)水頭等參數(shù)，確定蝸殼形式為金屬蝸殼，再根據(jù)各個(gè)已知參數(shù)，進(jìn)行蝸殼斷面參數(shù)計(jì)算，確定蝸殼斷面為圓形斷面過渡到橢圓斷面，分界角為45°。分別進(jìn)行圓形斷面和橢圓斷面的計(jì)算，根據(jù)計(jì)算結(jié)果繪制出蝸殼斷面單線圖。</p><p>　　根據(jù)電站最大水頭為76m，確定尾水管形式為金屬里襯彎肘尾水管。由推薦尺寸比例和轉(zhuǎn)輪直徑D1，分別計(jì)算確定直錐管、

34、彎肘管、擴(kuò)散管的詳細(xì)尺寸。由計(jì)算尺寸，繪制尾水管簡圖。</p><p>　　調(diào)節(jié)保證計(jì)算分為水擊壓力計(jì)算和轉(zhuǎn)速上升計(jì)算兩個(gè)部分。確定計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)：壓力上升值ξmax<30%~50%，轉(zhuǎn)速上升值β<50%。通過確定各段管道的計(jì)算，分別計(jì)算水擊壓力和轉(zhuǎn)速上升值。對調(diào)速設(shè)備進(jìn)行基本選型計(jì)算。</p><p>　　調(diào)節(jié)系統(tǒng)設(shè)計(jì)分為基本參數(shù)計(jì)算、調(diào)節(jié)系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型建立、系統(tǒng)穩(wěn)定性研究以及仿真驗(yàn)

35、證四部分。根據(jù)水輪機(jī)調(diào)節(jié)計(jì)算調(diào)節(jié)系統(tǒng)的基本參數(shù)，建立系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，借助MATLAB進(jìn)行系統(tǒng)穩(wěn)定性研究，使用MATLAB中的SIMULINK對研究結(jié)果進(jìn)行仿真驗(yàn)證分析。</p><p>　　YJXZ水電站水輪機(jī)機(jī)組選型設(shè)計(jì)說明書</p><p>　　第一章 水輪發(fā)電機(jī)組主要參數(shù)設(shè)計(jì)</p><p>　　第一節(jié) 水輪機(jī)主要參數(shù)的確定</p><

36、p>　　1．水輪機(jī)類型的確定</p><p>　　由所給出的原始數(shù)據(jù)判斷，水輪機(jī)的運(yùn)行水頭范圍為52-76米，則可供選擇的水輪機(jī)型式有混流式、斜流式以及軸流轉(zhuǎn)漿式三種。斜流式水輪機(jī)適用于水頭變幅大的電站，轉(zhuǎn)輪葉片可以轉(zhuǎn)動(dòng)而實(shí)現(xiàn)雙重調(diào)節(jié)，處于高效率區(qū)的流量和出力范圍大，效率曲線比較平坦。但目前由于其制造工藝復(fù)雜，技術(shù)要求高，故很少使用。而混流式水輪機(jī)具有結(jié)構(gòu)緊湊、運(yùn)行可靠、效率高，能適應(yīng)很寬的水頭范圍等特點(diǎn)，

37、技術(shù)十分成熟，是目前國際國內(nèi)應(yīng)用最廣泛的水輪機(jī)機(jī)型，安裝檢修均具有強(qiáng)有力的技術(shù)保障，且由于本次設(shè)計(jì)的電站水頭變化范圍較小，且負(fù)荷變化較大，故決定采用混流式水輪機(jī)。 </p><p>　　按照原始資料中的最高水頭查《轉(zhuǎn)輪模型綜合特性曲線集》并通過查看轉(zhuǎn)輪綜合特性曲線圖，觀察圖中等效率曲線、5%出力限制線、等開度限制線和等空化系數(shù)線，是否完整，完整的圖形是否清晰，初步選出5個(gè)型號(hào)的轉(zhuǎn)輪，其詳細(xì)參數(shù)見下表（表1-1

38、）：</p><p>　　表1-1 水輪機(jī)型號(hào)初選參數(shù)表</p><p>　　經(jīng)過對這幾個(gè)機(jī)型的參數(shù)的初步比較，可以看出D74-35型、A368-46 型及A511-35型模型水輪機(jī)在最優(yōu)工況下的單位轉(zhuǎn)速 、單位流量 、最高效率以及限制工況點(diǎn)的單位流量均比較高，且高效率區(qū)較寬，可使原型機(jī)獲得較高的轉(zhuǎn)速和較大的通過流量，從而在相

39、同出力的情況下縮小機(jī)組的尺寸，同時(shí)模型機(jī)的氣蝕系數(shù)較小，有利于電站的穩(wěn)定運(yùn)行，故選取上述三個(gè)水輪機(jī)機(jī)型進(jìn)行計(jì)算。</p><p>　　2. 機(jī)組臺(tái)數(shù)的確定</p><p>　　由原始資料可知，該水電站的裝機(jī)容量為300MW，根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，在合理要求的情況下，可采用3 臺(tái)、4臺(tái)、5 臺(tái)機(jī)組的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行計(jì)算比較。分別對于D74-35型、A368-46 型及A511-35型模型水輪機(jī)按照 3

40、臺(tái)、4臺(tái)、5 臺(tái)三個(gè)方案進(jìn)行計(jì)算，并比較所得結(jié)果，最終確定所選擇的臺(tái)數(shù)。</p><p>　　3. 水輪機(jī)裝置方式的確定</p><p>　　水輪機(jī)的裝置方式可分為臥式和立式兩種，其中臥式布置方式簡單，不需向下開挖但是占地面積比較大，一般用于小型電站或水頭較低的貫流式水電站。立式布置方式具有占地面積比較小的特點(diǎn)，但需要向下進(jìn)行較大的土石開挖，增加建設(shè)成本。為了縮小廠房的面積，高水頭的電站一

41、般都采用立式布置方式。根據(jù)所給的資料，本次設(shè)計(jì)電站的最大水頭是76米，且裝機(jī)容量屬于大機(jī)組，故應(yīng)按照立式布置方式布置機(jī)組。</p><p>　　4. 轉(zhuǎn)輪直徑與機(jī)組同步轉(zhuǎn)速的確定</p><p>　　分別對D74-35型、A368-46 型及A511-35型模型水輪機(jī)按照3、4、5臺(tái)三個(gè)方案進(jìn)行計(jì)算，求得轉(zhuǎn)輪直徑 、機(jī)組同步轉(zhuǎn)速，并根據(jù)計(jì)算結(jié)果最終確定方案。確定轉(zhuǎn)輪直徑和同步轉(zhuǎn)速等參數(shù)，方

42、法、步驟如下：</p><p>　?。?）根據(jù)電站的裝機(jī)容量300MW,及其機(jī)組的臺(tái)數(shù),確定單機(jī)的出力</p><p>　?。?）根據(jù)處理確定轉(zhuǎn)輪直徑，查直徑標(biāo)準(zhǔn)化，根據(jù) 上面所得的直徑，查水輪機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)直徑。</p><p>　?。?）原型水輪機(jī)的最高效率</p><p>　　（4）確定效率修正值</p><p>　　

43、（5）校驗(yàn)單位參數(shù)是否需要修正，當(dāng)結(jié)果小于3% 時(shí)不要修正</p><p>　　（6）單位轉(zhuǎn)速的修正值△</p><p>　?。?）原型機(jī)最優(yōu)工況下的單位轉(zhuǎn)速，并取標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)速</p><p>　?。?）根據(jù)D1校核水輪機(jī)的出力是否滿足要求</p><p><b>　?。?）校核吸出高度</b></p><

44、;p>　　（10）根據(jù)所得到的單位轉(zhuǎn)速在模型綜合特性曲線（附圖1-1、1-2、1-3）上找到每個(gè)方案所穿越的效率區(qū)，選擇最優(yōu)方案。</p><p>　　具體方案計(jì)算比較，見計(jì)算書。對九種方案的比較，最終選出以下三種方案，看表1-2</p><p>　　表1-2 水輪機(jī)選型計(jì)算對比表</p><p>　　第二節(jié) 運(yùn)轉(zhuǎn)

45、綜合特性曲線繪制</p><p>　　1．對選定的三種方案作運(yùn)轉(zhuǎn)綜合特性曲線</p><p>　　在確定轉(zhuǎn)輪型號(hào)、轉(zhuǎn)輪直徑以及標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)速后，結(jié)合模型機(jī)的綜合特性曲線，將水輪機(jī)的工作水頭范圍劃分為若干個(gè)區(qū)域，從中選出5個(gè)特征水頭進(jìn)行列表計(jì)算，求出在各水頭下，原型水輪機(jī)效率與出力之間的關(guān)系，并在坐標(biāo)紙上以原型水輪機(jī)效率與出力為橫坐標(biāo)描出各點(diǎn)，最后用光滑的曲線將各點(diǎn)連接，得到η=f(p)曲線。&l

46、t;/p><p>　?。?）當(dāng)已知工作水頭范圍時(shí)，可以在此水頭范圍之間取若干水頭值 ，并分別計(jì)算各水頭對應(yīng)的單位轉(zhuǎn)速，在模型綜合特性曲線上以各值作水平線與模型的某等效率線相交與一系列點(diǎn) ，將各交點(diǎn)的換算成，同時(shí)計(jì)算出各點(diǎn)的出力P，把各點(diǎn)描繪到P~H坐標(biāo)系中并連成光滑曲線既為原形水輪機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)綜合特性曲線的等效率曲線。具體計(jì)算表格見計(jì)算書，等效率曲線繪制（見附圖2-1、3-1、4-1），等效率曲線拐點(diǎn)的輔助曲線見附圖2、

47、3、4中圖2-2、3-2、4-2。</p><p>　?。?）出力限制線以設(shè)計(jì)水頭為界，分為兩部分。在和之間，水輪機(jī)的出力受發(fā)電機(jī)額定容量的限制。是一條的垂線。在之間，水輪機(jī)的出力限制線一般由模型綜合特性曲線的5%出力限制線換算而得到。為了計(jì)算簡便，選擇和，計(jì)算出它們最大允許的出力，然后過（，）和（，）兩點(diǎn)連成一條直線，以此作為時(shí)的出力限制線，如附圖2、3、4（圖2-4、3-4、4-4）。</p>

48、<p>　?。?）等吸出高度線的繪制的步驟：計(jì)算個(gè)水頭相應(yīng)的單位轉(zhuǎn)速，在模型綜合特性曲線上過各作水平線與各等線相交，記下各交點(diǎn)的、及值：根據(jù)吸出高度計(jì)算公式計(jì)算各點(diǎn)，并計(jì)算各點(diǎn)的出力P；根據(jù)各工況點(diǎn)的，P，繪出各水頭下的曲線，見附圖5（圖3-3、2-3、4-3）。</p><p>　　2、待選方案的綜合比較</p><p>　　根據(jù)所做出的運(yùn)轉(zhuǎn)綜合特性曲線，對三種機(jī)組的性能進(jìn)行比

49、較，算出各機(jī)組的比轉(zhuǎn)速ns 、機(jī)組平均效率、水輪機(jī)吸出高度Hs、水輪機(jī)飛逸轉(zhuǎn)速np和機(jī)組的受阻容量。</p><p>　　水輪機(jī)的比轉(zhuǎn)速與水輪機(jī)的運(yùn)行工況有著密切的關(guān)系，其下限受能量指標(biāo)（出口動(dòng)能損失）的限制，上限受到氣蝕條件的限制</p><p><b>　　平均效率</b></p><p>　　機(jī)組的受阻容量是單臺(tái)機(jī)組容量與最小水頭下

50、機(jī)組的最大出力之間的差值</p><p>　　水輪機(jī)的飛逸轉(zhuǎn)速是衡量機(jī)組安全性的重要指標(biāo)</p><p><b>　　表1-3</b></p><p>　　對表1-2方案的水輪機(jī)的各項(xiàng)綜合指標(biāo)進(jìn)行計(jì)算及比較，最終確定水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪型號(hào)。其中，所計(jì)算的指標(biāo)主要有：</p><p>　　1、吸出高度：水輪機(jī)的吸出高度是指下游水面

51、至轉(zhuǎn)輪葉片上壓力最低點(diǎn)之間的距離，是一個(gè)相對值，直接關(guān)系著水輪機(jī)的氣蝕性能，故需對水輪機(jī)的吸出高度進(jìn)行計(jì)算。</p><p>　　2、比轉(zhuǎn)速：水輪機(jī)的比轉(zhuǎn)速是指水輪機(jī)在1水頭下工作，發(fā)出1馬力功率時(shí)所對應(yīng)的水輪機(jī)轉(zhuǎn)速。它與水輪機(jī)的運(yùn)行工況有著密切的聯(lián)系，其下限受能量指標(biāo)（出口動(dòng)能損失）的限制，上限受到氣蝕條件的限制。</p><p>　　3、平均效率：機(jī)組平均效率是衡量機(jī)組經(jīng)濟(jì)性的重要指標(biāo)

52、，機(jī)組的平均效率越高，其經(jīng)濟(jì)性就越好，工作在高效率區(qū)的機(jī)率就越高。</p><p>　　4、飛逸轉(zhuǎn)速：飛逸轉(zhuǎn)速是衡量機(jī)組安全性的重要指標(biāo)。</p><p>　　5、受阻容量：機(jī)組受阻容量為單臺(tái)機(jī)組容量與最小水頭下機(jī)組的最大出力之間的差值。</p><p>　　從表1—3比較看出A368-46型的平均效率和受阻容量都比D74-35型和A511-35型大,飛逸轉(zhuǎn)數(shù)小,且

53、該電站的保證出力為80MW，電站運(yùn)行時(shí)只需要開一臺(tái)機(jī)就可以實(shí)現(xiàn)保證出力，另外兩臺(tái)進(jìn)行調(diào)峰、調(diào)頻。所以選定A368-46型，其主要參數(shù)如下表：</p><p>　　表1-12 原型水輪機(jī)主要參數(shù)表</p><p><b>　　第二章 蝸殼計(jì)算</b></p><p><b>　　第一節(jié) 參數(shù)的選擇</b></p>

54、;<p>　　由于應(yīng)力強(qiáng)度的限制，鋼筋混泥土的蝸殼只能在40m水頭以下的電站中采用，對于大于40m以上水頭的電站，采用金屬蝸殼。</p><p>　　1．蝸殼形式的選擇：根據(jù)所給的資料，最大水頭為76m，所以本電站采用金屬蝸殼。</p><p><b>　　2．坐環(huán)參數(shù)的選擇</b></p><p>　　由水輪機(jī)機(jī)型轉(zhuǎn)輪直徑D1選

55、取時(shí)候是采用標(biāo)準(zhǔn)直徑，故查《水電站機(jī)電設(shè)計(jì)水力機(jī)械部分》第128頁，表2-16得，</p><p>　　座環(huán)進(jìn)口直徑Da=7800mm;</p><p>　　座環(huán)出口直徑Db=6600mm;</p><p>　　蝸殼常數(shù)K=150mm,r=400mm。</p><p>　　蝸殼采用與坐環(huán)碟形邊相切的連接方式</p><p&

56、gt;　　第二節(jié) 進(jìn)口斷面參數(shù)選擇</p><p>　　1．?dāng)嗝嫘螤畹拇_定：金屬蝸殼要求能承受較大的水壓力，便于焊接和鑄造，所以采用圓形斷面，由圓形斷面逐步過度到橢圓形斷面。</p><p>　　2．進(jìn)口斷面參數(shù)計(jì)算結(jié)果見表2-1</p><p>　　第三節(jié) 座環(huán)尺寸的確定</p><p>　　1、確定蝶形邊錐角一般由座環(huán)的工藝決定</

57、p><p>　　2、座環(huán)蝶形邊半徑 r= </p><p>　　3、計(jì)算蝶形邊的高度</p><p>　　4、蝸殼圓斷面與橢圓斷面界定值</p><p>　　5、座環(huán)蝶形邊斜線 </p><p>　　6、 座環(huán)蝶形邊錐角頂點(diǎn)到水輪機(jī)軸線的距離</p><p>　　7、 座環(huán)蝶形邊錐角頂點(diǎn)到座環(huán)外

58、徑的最小距離 =-</p><p>　　第四節(jié) 蝸殼系數(shù)計(jì)算</p><p>　　斷面參數(shù)計(jì)算結(jié)果表2-1</p><p>　　第五節(jié) 蝸殼各斷面參數(shù)計(jì)算</p><p><b>　　1、圓斷面的計(jì)算</b></p><p>　　有水輪機(jī)課本圖5—40的幾何關(guān)系可以計(jì)算，需要的參數(shù)和計(jì)算公式如下所

59、列： </p><p><b>　　圓斷面的半徑</b></p><p><b>　　圓斷面的中心距</b></p><p><b>　　圓斷面的外半徑</b></p><p>　　當(dāng)時(shí)就進(jìn)入了橢圓斷面</p><p>　　表2—2

60、 蝸殼圓斷面計(jì)算表</p><p><b>　　2、橢圓斷面計(jì)算 </b></p><p>　　需要的參數(shù)和計(jì)算公式如下所列：</p><p>　　與圓的同等面積A及半徑i </p><p>　　橢圓斷面的短半徑 其中</p><p><b>　　橢圓的長半徑 </b

61、></p><p><b>　　橢圓斷面中心距</b></p><p><b>　　橢圓斷面的外半徑</b></p><p>　　表2—3 橢圓斷面計(jì)算</p><p>　　第六節(jié) 蝸殼單線圖的繪制</p><p><b>　　見附圖6</b&g

62、t;</p><p><b>　　第三章 尾水管設(shè)計(jì)</b></p><p>　　第一節(jié) 尾水管形式的選擇</p><p>　　尾水管形式可分為直錐形尾水管和彎曲形尾水管兩種。直錐形尾水管內(nèi)部水流均勻，阻力小，所以其水力損失較小，恢復(fù)系數(shù)較高，一般可達(dá)83%以上，這種尾水管廣泛用于中小型水電站中。直錐管的水力損失大些，水力性能不如直錐形尾水管。

63、 由于大型機(jī)組采用直錐管會(huì)帶來大量的工程開挖量，在經(jīng)濟(jì)上是不合理的，而且彎肘形尾水管從直錐管漸漸過渡到擴(kuò)散管，水流脈動(dòng)減小，能降低轉(zhuǎn)輪的氣蝕。故本列中采用彎肘形尾水管。因?yàn)殡娬咀畲笏^為185米或尾水管平均流速大于6米/秒時(shí)，宜裝設(shè)金屬里襯，故本次設(shè)計(jì)的尾水管應(yīng)設(shè)金屬里襯。</p><p>　　第二節(jié) 尾水管尺寸計(jì)算</p><p><b>　　尾水管主要參數(shù)表</b>

64、;</p><p>　　根據(jù)上表所得數(shù)據(jù)繪制尾水管單線圖。</p><p>　　第三節(jié) 尾水管單線圖繪制</p><p>　　彎肘形尾水管單線圖，見附圖7。</p><p>　　第四章 發(fā)電機(jī)的設(shè)計(jì)</p><p>　　第一節(jié) 水輪發(fā)電機(jī)的形式選擇</p><p>　　由手冊表3—1，水輪發(fā)電機(jī)

65、的結(jié)構(gòu)型式主要取決于水輪機(jī)的型式和轉(zhuǎn)速,有懸式和傘式兩種, 因?yàn)閚=107.1（r/min）小于150（r/min），選用傘式發(fā)電機(jī)。</p><p>　　第二節(jié) 水輪發(fā)電機(jī)通風(fēng)冷卻方式</p><p>　　采用通風(fēng)冷卻方式 查設(shè)計(jì)手冊第160頁表3-5</p><p>　　第三節(jié) 水輪發(fā)電機(jī)外形尺寸的估算</p><p><b>

66、;　　1、主要尺寸估算</b></p><p>　　a.極距τ τ=，</p><p>　　其中Sf—發(fā)電額定容量 Sf=117647.06kvA</p><p>　　P—磁極對數(shù) 由水輪機(jī)課本表8—5查得p=28</p><p>　　—系數(shù) 一般為8~10 取9 </p&

67、gt;<p>　　則τ=60.925cm</p><p>　　校核發(fā)電機(jī)在飛逸狀態(tài)下，轉(zhuǎn)子的飛逸線速度Vf是否在材料允許的范圍內(nèi)。</p><p>　　Vf=130.258m/s</p><p>　　b.定子內(nèi)徑 Di =1086.01cm</p><p>　　c.定子鐵芯長度 =150.16（cm）</p>&l

68、t;p>　　d．定子鐵心外徑 Da=1159.125cm</p><p><b>　　2、外形尺寸估算</b></p><p>　　a．定子機(jī)座外徑D1=1321.4cm</p><p>　　b. 風(fēng)冷罩內(nèi)徑D2=1561.4cm</p><p>　　c.轉(zhuǎn)子外徑D3=1086.01cm</p>&l

69、t;p>　　d. 下機(jī)架最大跨度D4=8.2m</p><p>　　e.推力軸承外徑D6</p><p>　　由發(fā)電機(jī)容量從表3—7査取D6=4288mm</p><p><b>　　3、軸向尺寸計(jì)算</b></p><p>　　a. 定子機(jī)座高度h1=312.01cm</p><p>　　

70、b. 推力軸承高度h2</p><p>　　傘式非承載機(jī)架：=1086.01mm</p><p>　　c. 推力軸承高度h3</p><p>　　由《設(shè)計(jì)手冊》第163頁表3—8查得h3=2000mm </p><p>　　d. 下機(jī)架高度h7</p><p>　　傘式承載機(jī)架：h7=2172.02cm</p&g

71、t;<p>　　e. 定子支撐面到下機(jī)架支撐面或擋風(fēng)板的距離h8</p><p>　　f. 下機(jī)架支撐面到主軸法蘭底面的距離h9</p><p>　　一般為700～1500mm,</p><p>　　g. 轉(zhuǎn)子磁軛軸向高度h10</p><p>　　風(fēng)扇時(shí)，h10= +（700~1000）mm</p><p&

72、gt;　　h.發(fā)電機(jī)主軸高度h11</p><p>　　h11=(0.7～0.9)H=0.8H</p><p>　　H為發(fā)電機(jī)總高度，H=（h1+…+h6+h8+h9）</p><p>　　i. 定子鐵芯水平中心線至主軸法蘭底面距離h12</p><p>　　h12=0.46h1+h10</p><p>　　第四節(jié)

73、水輪機(jī)和發(fā)電機(jī)重量估算</p><p><b>　　1、水輪機(jī)重量估算</b></p><p>　　根據(jù)轉(zhuǎn)輪直徑D1=5.00m，由《設(shè)計(jì)手冊》第139頁圖2-55估算水輪機(jī)總重量為G（t）≈570t。 </p><p><b>　　2、轉(zhuǎn)輪重量估算</b></p><p>　　根據(jù)轉(zhuǎn)輪直徑D1=5

74、.00m，由《設(shè)計(jì)手冊》第140頁圖2-56估算轉(zhuǎn)輪重量為G1（t）≈85t。</p><p>　　3、發(fā)電機(jī)重量估算 </p><p>　　得發(fā)電機(jī)重量851.7t </p><p>　　發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的重量一般按發(fā)電機(jī)總重量的一半取，則轉(zhuǎn)=0.5x851.7=425.85t</p><p>　　發(fā)電機(jī)飛輪力矩可按（3—7）式計(jì)算

75、GD2= k2Di3.5</p><p>　　其中k2—經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，可查《設(shè)計(jì)手冊》第164頁按表3—10，取k2=5.2，則GD2=5.2x10863.5x1.5 =32922.969t.m2</p><p>　　表4-1 發(fā)電機(jī)外形尺寸計(jì)算結(jié)果</p><p>　　根據(jù)以上所求的得的發(fā)電機(jī)的外形尺寸數(shù)據(jù)，見表4-1,畫出傘式水輪發(fā)電機(jī)的外形示意圖，見附圖8 &

76、lt;/p><p>　　第五章 調(diào)節(jié)保證計(jì)算</p><p><b>　　第一節(jié) 基本參數(shù)</b></p><p>　　電站形式 引水式</p><p>　　電站實(shí)際設(shè)計(jì)水頭 Hr=56.4m</p><

77、p>　　最大水頭 Hmax=76m</p><p>　　水輪機(jī)設(shè)計(jì)流量 Qr=≈208.04m3/s</p><p>　　最大水頭下水輪機(jī)流量 Qm=≈153.54m3/s</p><p>　　引水方式

78、 單元引水</p><p>　　壓力鋼管經(jīng)濟(jì)流速ν0 （3~5m/s） ν0=3m/s</p><p>　　壓力鋼管長度L 512m</p><p>　　壓力鋼管直徑 9.4m</p><p>

79、;　　壓力鋼管設(shè)定根數(shù) n 3</p><p>　　發(fā)電機(jī)容量Sf 117647kvA</p><p>　　發(fā)電機(jī)型號(hào) SF117.647—56/1159.12</p><p>　　水電站水頭

80、 Hmax=76m ,Hr=56.4m</p><p>　　吸出高度 Hs=-1.625m</p><p>　　水輪機(jī)飛逸轉(zhuǎn)速 np =228.93(r/min)</p><p><b>

81、;　　第二節(jié) 確定管道的</b></p><p>　　由于采用的是聯(lián)合供水，各段管徑不一樣，所以在計(jì)算種采用截肢法進(jìn)行計(jì)算。在計(jì)算中取管道長度最大的進(jìn)行計(jì)算。分別計(jì)算壓力鋼管段、蝸殼段、尾水管段的。</p><p><b>　　1、壓力鋼管段</b></p><p>　　(1) 壓力鋼管段長度的確定，包括引水總管、引水支管。蝶閥前

82、引水管。</p><p>　　(2) 壓力鋼管段流速的確定，分別確定其在最大水頭和設(shè)計(jì)水頭下的流速。</p><p>　　(3) 確定壓力鋼管段的，分別確定其在最大水頭和設(shè)計(jì)水頭下的。</p><p><b>　　2、尾水管段</b></p><p>　　尾水管段的計(jì)算，按照尾水管直錐管，肘管，擴(kuò)散管段分截面計(jì)算。分

83、別確定其在最大水頭和設(shè)計(jì)水頭下的和水擊類型</p><p><b>　　3、蝸殼段</b></p><p>　　計(jì)算蝸殼的∑LiVi，按4至8個(gè)斷面計(jì)算。取5個(gè)斷面進(jìn)行計(jì)算。分別確定其在最大水頭和設(shè)計(jì)水頭下的，管道總的。壓力鋼管段、蝸殼段，尾水管段的計(jì)算結(jié)果，見計(jì)算書（管道的）。</p><p>　　第三節(jié) 最大水壓上升和最大速率上升率計(jì)算&l

84、t;/p><p>　　1、計(jì)算設(shè)計(jì)水頭和最大水頭下的</p><p><b>　　根據(jù)確定管道的總。</b></p><p>　　2、計(jì)算最大水壓上升和最大速率上升率計(jì)算</p><p>　　初選導(dǎo)葉直線關(guān)閉的時(shí)間T`s，確定壓力水管末端的最大壓力升高、蝸殼末端的最大壓力升高、尾水管中最大壓力的降低是否在允許的范圍之內(nèi)（小于

85、30%）。水擊類型的判斷和水擊計(jì)算結(jié)果，水擊壓力上升計(jì)算見計(jì)算書（水擊壓力上升計(jì)算）。</p><p>　　轉(zhuǎn)速上升計(jì)算過程見計(jì)算書（轉(zhuǎn)速上升計(jì)算）</p><p>　　3、水擊計(jì)算及轉(zhuǎn)速上升計(jì)算結(jié)論</p><p>　?。?）調(diào)保計(jì)算結(jié)果表如下</p><p>　　表5-4 調(diào)保計(jì)算成果表</p><p>　?。?）

86、壓力上升值ξmax</p><p>　　設(shè)計(jì)水頭Hr下：最大為ξcmax=0.46</p><p>　　最大水頭Hmax下：最大為ξcmax=0.15</p><p>　　均滿足壓力上升值ξmax<30%~50%</p><p>　　(3) 尾水管真空度HB</p><p>　　設(shè)計(jì)水頭Hr下：最大真空度HB=9

87、.18m</p><p>　　最大水頭Hmax下：最大真空度HB=5.37m</p><p>　　滿足尾水管真空度HB<8~9m的要求的只有=13s時(shí)。</p><p><b>　?。?）轉(zhuǎn)速上升值β</b></p><p>　　設(shè)計(jì)水頭Hr下：最大轉(zhuǎn)速上升值β=0.36</p><p>　

88、　最大水頭Hmax下：最大轉(zhuǎn)速上升值β=0.28</p><p>　　均滿足轉(zhuǎn)速上升值β<50%的要求。</p><p>　　所以，調(diào)節(jié)保證計(jì)算是符合要求的。由以上計(jì)算，考慮到計(jì)算誤差,選定導(dǎo)葉關(guān)閉時(shí)間 =13s。</p><p>　　第四節(jié) 調(diào)速設(shè)備的選擇</p><p>　　1、接力器的容量計(jì)算</p><p&g

89、t;　　A=(200-250)Q=</p><p>　　由于A大于75000，屬于大型調(diào)速器，其計(jì)算如下：設(shè)計(jì)的油壓裝置的額定油壓為4.0mpa。</p><p>　　2、導(dǎo)葉接力器的容積計(jì)算</p><p>　　當(dāng)油壓裝置的額定油壓為2.5mp時(shí)，采用標(biāo)準(zhǔn)倒水機(jī)構(gòu)并用兩個(gè)單缸接力操作時(shí)，每一個(gè)接力器的直-徑dc可以按下式計(jì)算：</p><p&g

90、t;<b>　　dc=0.955m</b></p><p>　　由設(shè)計(jì)手冊第218頁查表6-5，取=1m</p><p>　　由于油壓裝置的額定油壓為40mpa,所以接力其的直徑為，</p><p>　　接力器的最大行程Smax可按經(jīng)驗(yàn)公式Smax=（1.4~1.8）</p><p>　　由于轉(zhuǎn)輪直徑等于5m，系數(shù)取1.

91、5.則</p><p>　　Smax=0.0513m</p><p>　　雙缸接力器的容積=0.0523</p><p>　　3、初步選擇主配壓閥直徑</p><p>　　=0.0358m </p><p>　　由設(shè)計(jì)手冊第256頁表6-6，初步選定為CT-40</p><p><b&g

92、t;　　4、壓油槽容積計(jì)算</b></p><p>　　Vy=1.046m3</p><p>　　由設(shè)計(jì)手冊第259頁表6-14初步選分離式油壓裝置為YS—1.6</p><p>　　第六章 調(diào)節(jié)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與分析</p><p>　　第一節(jié) 基本參數(shù)計(jì)算</p><p>　　表6-2 調(diào)速系統(tǒng)仿真參數(shù)表<

93、;/p><p>　　第二節(jié) 數(shù)學(xué)模型建立</p><p>　　參照文獻(xiàn)[1]、[2]，根據(jù)水電站水輪機(jī)型式、引水系統(tǒng)、調(diào)速器等建立系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型。由前面選定的水輪機(jī)機(jī)型為A368-46-LJ，是混流式水輪機(jī)，并采用并聯(lián)PID型調(diào)速器作為水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，則數(shù)學(xué)模型為：</p><p><b>　　1、水輪機(jī)數(shù)學(xué)模型</b></p><

94、;p>　　1.05y-1.3x+1.66h （1-1）</p><p>　　0.99y-0.19x+0.55h （1-2）</p><p>　　2、引水系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型</p><p>　　剛性水擊模型：

95、 （1-3）</p><p>　　3、水輪機(jī)及引水系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型（剛性水擊）：如圖1-1所示。</p><p>　　圖1-1 水輪機(jī)及引水系統(tǒng)方框圖</p><p>　　4、電機(jī)及負(fù)載數(shù)學(xué)模型：</p><p><b>　?。?-5）</b></p><p>　　5、調(diào)速器數(shù)學(xué)模型：如圖1-2

96、。</p><p>　　圖1-2 并聯(lián)PID調(diào)速器方框圖</p><p>　　如忽略和的影響，調(diào)速器的傳遞函數(shù)為：</p><p><b>　?。?-6）</b></p><p>　　水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型（剛性水擊、并聯(lián)PID調(diào)速器）</p><p>　　方框圖如圖1-3。一般對于混流式水輪機(jī)

97、eqx≈0,此時(shí)水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為</p><p><b>　　（1-7）</b></p><p>　　圖1-3 水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)方框圖</p><p>　　第三節(jié) 水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)穩(wěn)定性研究</p><p>　　根據(jù)自動(dòng)控制原理[3]，可采用很多方法對水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)進(jìn)行穩(wěn)定性研究，如時(shí)域法、復(fù)域法、頻域法等

98、。在這里我采用根軌跡法（復(fù)域法）進(jìn)行水輪機(jī)調(diào)劑系統(tǒng)穩(wěn)定性研究。</p><p>　　1、水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)根軌跡圖繪制</p><p>　　由自動(dòng)控制理論[3]知，當(dāng)一個(gè)系統(tǒng)所有的閉環(huán)極點(diǎn)都位于復(fù)平面的左邊時(shí)系統(tǒng)是穩(wěn)定的，而且系統(tǒng)的特性取決于閉環(huán)極點(diǎn)在復(fù)平面上的分布。如果系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為，則系統(tǒng)閉環(huán)的特征方程為</p><p><b>　?。?-1）<

99、;/b></p><p>　　系統(tǒng)閉環(huán)極點(diǎn)隨開環(huán)K值變化在復(fù)平面上留下的軌跡就稱為根軌跡。因此可依據(jù)根軌跡對系統(tǒng)的穩(wěn)定性進(jìn)行評(píng)價(jià)。</p><p>　　我所設(shè)計(jì)的是YXW水電站，調(diào)節(jié)系統(tǒng)采用并聯(lián)PID型調(diào)速器，是混流式水輪機(jī)， 利用MATLAB可方便地繪制控制系統(tǒng)的根軌跡圖。運(yùn)行MATLAB程序就可得到如圖2-1所示的水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)根軌跡圖。</p><p>

100、　　圖2-1 水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)根軌跡圖</p><p>　　2、對系統(tǒng)某一參數(shù)對系統(tǒng)的影響進(jìn)行研究</p><p>　　在設(shè)計(jì)中，充分利用MATIAB方便分析控制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)，通過程序代碼，利用根軌跡對調(diào)節(jié)系統(tǒng)參數(shù)對系統(tǒng)穩(wěn)定性影響作定性分析。通過MATLAB中for循環(huán)自動(dòng)調(diào)整某一參數(shù)的變化，研究對系統(tǒng)的影響。這里對調(diào)速器的比例增益KP、積分增益KI、微分增益KD對調(diào)節(jié)系統(tǒng)的影響</p&

101、gt;<p>　　比例增益KP對調(diào)節(jié)系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響分析</p><p>　　運(yùn)行MATLAB程序繪制一簇Kp與系統(tǒng)穩(wěn)定K值關(guān)系的根軌跡曲線（如圖2-2）</p><p>　　圖2-2 比例增益變化時(shí)水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的根軌跡圖</p><p>　　由圖2-2可知，當(dāng)Kp增加時(shí)，系統(tǒng)的臨界穩(wěn)定K值減小，系統(tǒng)的穩(wěn)定性變差。</p><p&

102、gt;　　當(dāng)Kp由1增加到1.8時(shí)，系統(tǒng)臨界值穩(wěn)定K值減小幅度??；當(dāng)Kp由1.8增加到2.6時(shí)，系統(tǒng)臨界值穩(wěn)定K值減小幅度大，系統(tǒng)開始不穩(wěn)定；當(dāng)Kp由2.6增加到3.4時(shí)，系統(tǒng)臨界值穩(wěn)定K值減小。</p><p>　　積分增益KI對調(diào)節(jié)系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響分析</p><p>　　運(yùn)行MATLAB程序繪制一簇Ki與系統(tǒng)穩(wěn)定K值關(guān)系的根軌跡曲線（如圖2-3）</p><p&g

103、t;　　圖2-3 積分增益變化時(shí)水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的根軌跡圖</p><p>　　由圖2-2可知，隨著Ki增加時(shí)，系統(tǒng)的臨界穩(wěn)定K值增大，系統(tǒng)的穩(wěn)定性變差。</p><p>　　當(dāng)Ki由0增加到1時(shí)，系統(tǒng)臨界值穩(wěn)定K值增加，且系統(tǒng)依然穩(wěn)定；當(dāng)Ki由1增加到2時(shí)，系統(tǒng)臨界值穩(wěn)定K值增加幅度大，系統(tǒng)開始不穩(wěn)定；當(dāng)Ki由2增加到2.5時(shí)，系統(tǒng)臨界值穩(wěn)定K值大幅度增加。</p><

104、p>　　微分增益KD對調(diào)節(jié)系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響分析</p><p>　　運(yùn)行MATLAB程序繪制一簇Kd與系統(tǒng)穩(wěn)定K值關(guān)系的根軌跡曲線（如圖2-4）</p><p>　　圖2-4微分增益變化時(shí)水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的根軌跡圖</p><p>　　由圖2-2可見，當(dāng)Kd增加時(shí)，系統(tǒng)的臨界穩(wěn)定K值總體趨勢是減小，使得系統(tǒng)的穩(wěn)定性變差，但適當(dāng)?shù)脑黾覭d值可以改善調(diào)節(jié)系統(tǒng)的過渡特

105、性。</p><p>　　當(dāng)Kd由1增加到2.2時(shí)，系統(tǒng)臨界值穩(wěn)定K值是增大；當(dāng)Kd由2.2增加到3.4時(shí)，系統(tǒng)臨界值穩(wěn)定K值減小且幅度大，系統(tǒng)開始不穩(wěn)定；當(dāng)Kp由3.4增加到4.6時(shí)，系統(tǒng)臨界值穩(wěn)定K值減小，但幅度較前面的小。</p><p>　　第四節(jié) 水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)仿真</p><p>　　利用MATLAB/SIMUNLINK對水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)仿真。

106、對前面的穩(wěn)定性分析進(jìn)行驗(yàn)證。</p><p>　　1、Simunlink仿真</p><p>　　對圖1-3所示的水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)用Simunlink進(jìn)行仿真，水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)Simuink連接圖如圖4-1所示，其仿真結(jié)果如圖4-2所示。</p><p>　　圖4-1 水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)simulink仿真連接圖</p><p>　　圖4-2 水輪機(jī)

107、調(diào)節(jié)系統(tǒng)Simulink仿真結(jié)果</p><p>　　2、對第三節(jié)的穩(wěn)定性分析進(jìn)行驗(yàn)證</p><p>　　利用Matlab/Simulink對前面使用根軌跡分析調(diào)節(jié)系統(tǒng)參數(shù)，調(diào)速器的比例增益KP、積分增益KI、微分增益KD對調(diào)節(jié)系統(tǒng)的影響的分析結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證。通過改變水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)Simulink仿真連接圖中相應(yīng)增益環(huán)節(jié)參數(shù)值，即帶入前面根軌跡分析調(diào)節(jié)系統(tǒng)時(shí)所設(shè)置的相應(yīng)數(shù)值。將最終輸出結(jié)果

108、通過一個(gè)集成模塊顯示在同一個(gè)示波器內(nèi)，方便進(jìn)行比較，進(jìn)而驗(yàn)證前面使用根軌跡分析的結(jié)果是否正確。</p><p>　?。?）比例增益KP對調(diào)節(jié)系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響分析結(jié)果驗(yàn)證如圖4-3</p><p>　　圖4-3 比例增益KP對調(diào)節(jié)系統(tǒng)Simulink的仿真結(jié)果</p><p>　　由圖4-3可知，當(dāng)Kp增加時(shí)，系統(tǒng)的臨界穩(wěn)定K值減小，系統(tǒng)的穩(wěn)定性變差，并要出現(xiàn)大量震蕩

109、。這與第三節(jié)中的分析結(jié)果一致</p><p>　?。?）積分增益Ki對調(diào)節(jié)系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響分析結(jié)果驗(yàn)證如圖4-4</p><p>　　圖4-4 積分增益Ki對調(diào)節(jié)系統(tǒng)Simulink的仿真結(jié)果</p><p>　　由圖4-4可知，當(dāng)Ki等于0時(shí)，系統(tǒng)存在靜態(tài)誤差，當(dāng)Ki增加后，靜態(tài)誤差消失。當(dāng)Ki增加到0.2時(shí)，系統(tǒng)還穩(wěn)定，但當(dāng)Kp繼續(xù)增加時(shí)，系統(tǒng)的臨界穩(wěn)定K值減小

110、，系統(tǒng)的穩(wěn)定性變差。適當(dāng)?shù)囊敕e分增益Ki可以消除靜態(tài)誤差，當(dāng)是增加過大，系統(tǒng)會(huì)不穩(wěn)定且會(huì)出現(xiàn)震蕩。這與第三節(jié)中的分析結(jié)果一致。</p><p>　?。?）微分增益Kd對調(diào)節(jié)系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響分析結(jié)果驗(yàn)證如圖4-5</p><p>　　圖4-5 微分增益Kd對調(diào)節(jié)系統(tǒng)Simulink的仿真結(jié)果</p><p>　　由圖4-5可知，當(dāng)Kd增加時(shí)，系統(tǒng)的臨界穩(wěn)定K值增大，

111、系統(tǒng)的穩(wěn)定性變好，但是當(dāng)Kd增大到一定值后，如當(dāng)Kd=4.6后，系統(tǒng)開始不穩(wěn)定，出現(xiàn)震蕩。這與第三節(jié)中的分析結(jié)果一致</p><p><b>　　結(jié) 論</b></p><p>　　本次水電站水力機(jī)械設(shè)計(jì)及輔助設(shè)備設(shè)計(jì)，主要通過水輪機(jī)選型計(jì)算、蝸殼、尾水管計(jì)算、發(fā)電機(jī)設(shè)計(jì)計(jì)算、調(diào)節(jié)保證計(jì)算和調(diào)節(jié)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與分析，最終確定了電站的設(shè)計(jì)方案。主要成果見下。</p>

112、;<p>　　1、水輪機(jī)選型：根據(jù)電站原始參數(shù)，主要是電站的水頭范圍，確定選擇水輪機(jī)的類型為混流式水輪機(jī)，初選水輪機(jī)型號(hào)A511、A368、D74型；由電站的裝機(jī)容量為300000KW及實(shí)際條件，確定水輪機(jī)的裝機(jī)方案，擬定裝機(jī)方案為3、4、5臺(tái)機(jī)組的初選方案。分別對各個(gè)方案進(jìn)行計(jì)算，對各個(gè)機(jī)型的每個(gè)方案計(jì)算結(jié)果的效率、比轉(zhuǎn)速、吸出高度等經(jīng)濟(jì)指標(biāo)進(jìn)行綜合比較，擇優(yōu)選出A368-LJ-500型水輪機(jī)為最終確定機(jī)型，裝機(jī)臺(tái)數(shù)為3

113、臺(tái)。</p><p>　　2、蝸殼尾水管計(jì)算：由選型計(jì)算結(jié)果，即水輪機(jī)型號(hào)、轉(zhuǎn)輪直徑、設(shè)計(jì)水頭等參數(shù)，確定蝸殼形式為金屬蝸殼，再根據(jù)各個(gè)已知參數(shù)，進(jìn)行蝸殼斷面參數(shù)計(jì)算，確定蝸殼斷面為圓形斷面過渡到橢圓斷面，分界角為45°。分別進(jìn)行圓形斷面和橢圓斷面的計(jì)算，根據(jù)計(jì)算結(jié)果繪制出蝸殼斷面單線圖。</p><p>　　3、尾水管計(jì)算：根據(jù)電站最大水頭為76m，確定尾水管形式為金屬里襯彎肘

114、尾水管。由推薦尺寸比例和轉(zhuǎn)輪直徑D1，分別計(jì)算確定直錐管、彎肘管、擴(kuò)散管的詳細(xì)尺寸。由計(jì)算尺寸，繪制尾水管簡圖。</p><p>　　4、發(fā)電機(jī)設(shè)計(jì)：根據(jù)水輪機(jī)選型設(shè)計(jì)確定的參數(shù)，進(jìn)行發(fā)電機(jī)主要參數(shù)的計(jì)算，最終確定發(fā)電機(jī)的型號(hào)為SF117.647-56/1159.12,并繪制發(fā)電機(jī)簡圖。</p><p>　　5、調(diào)節(jié)保證計(jì)算：調(diào)節(jié)保證計(jì)算分為水擊壓力計(jì)算和轉(zhuǎn)速上升計(jì)算兩個(gè)部分。確定計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)

115、：壓力上升值ξmax<30%~50%，轉(zhuǎn)速上升值β<50%。通過確定各段管道的計(jì)算，分別計(jì)算水擊壓力和轉(zhuǎn)速上升值。計(jì)算結(jié)果為：</p><p>　?。?）壓力上升值ξcmax，設(shè)計(jì)水頭Hr下：最大為ξcmax=0.46,最大水頭Hmax下，最大為ξcmax=0.15均滿足壓力上升值ξmax<30%~50%；</p><p>　?。?）尾水管真空度HB，設(shè)計(jì)水頭Hr下：最大

116、真空度HB=9.18m；最大水頭Hmax下：最大真空度HB=5.37m。滿足尾水管真空度HB<8~9m的要求的只有=13s時(shí)，此時(shí)設(shè)計(jì)水頭Hr下：最大真空度HB=8.48m；最大水頭Hmax下：最大真空度HB=4.96m。</p><p>　?。?）轉(zhuǎn)速上升值β，設(shè)設(shè)計(jì)水頭Hr下：最大轉(zhuǎn)速上升值β=0.36；最大水頭Hmax下：最大轉(zhuǎn)速上升值β=0.28。均滿足轉(zhuǎn)速上升值β<50%的要求。所以，調(diào)節(jié)保

117、證計(jì)算是符合要求的。由以上計(jì)算，選定導(dǎo)葉關(guān)閉時(shí)間=7s。 </p><p>　?。?）調(diào)速設(shè)備選擇，調(diào)速器為大型PID調(diào)速器，設(shè)計(jì)油壓裝置額定油壓為4.0mpa，型號(hào)為CT-40。壓油槽為分離式油壓裝置為YS—1.6。</p><p>　　6、調(diào)節(jié)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與分析：包括調(diào)節(jié)系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型建立、穩(wěn)定性分析和仿真驗(yàn)證三大部分。</p><p>　　（1）調(diào)節(jié)系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型建立

118、，計(jì)算出所需要的基本參數(shù)ey=1.05、ex=-1.30、eh=1.66、eqy=0.99、eqx=-0.19、eqh=0.55、Tw=4.11、Ta=9.93;、eg=0.4、Ty=0.1、Kp=1.61、Ki=0.131、Kd=3.971。然后通過水電站調(diào)節(jié)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)和數(shù)學(xué)模型建立。</p><p>　　（2）調(diào)節(jié)系統(tǒng)穩(wěn)定性分析，運(yùn)用MATLAB軟件，對所設(shè)計(jì)的調(diào)節(jié)系統(tǒng)進(jìn)行分析研究，主要通過改變系統(tǒng)的某一參

119、數(shù)，研究其對系統(tǒng)的影響，分析系統(tǒng)的穩(wěn)定性。</p><p>　?。?）使用MT;LAB中Simulink仿真模塊對前面的穩(wěn)定性研究結(jié)果進(jìn)行仿真，驗(yàn)證其結(jié)果是否正確，并做出最終結(jié)論。</p><p>　　分析研究主要是對水電站調(diào)節(jié)系統(tǒng)中調(diào)速器比例環(huán)節(jié)、積分環(huán)節(jié)和微分環(huán)節(jié)對系統(tǒng)的影響做了研究。研究發(fā)現(xiàn)當(dāng)比例增益Kp、積分增益Ki和微分增益Kd增加時(shí)，系統(tǒng)的穩(wěn)定性變差，但是適當(dāng)?shù)脑黾覭d值，可是

120、改善調(diào)節(jié)系統(tǒng)的過度特性，使得系統(tǒng)穩(wěn)定性更好。</p><p>　　整個(gè)設(shè)計(jì)過程本著合理、經(jīng)濟(jì)、穩(wěn)定運(yùn)行的原則進(jìn)行，但由于水平和知識(shí)有限，在整個(gè)設(shè)計(jì)過程中，盡管在指導(dǎo)老師的耐心幫助下，仍然存在很多不足的地方，一些細(xì)節(jié)問題處理得比較粗糙。敬請諒解。</p><p><b>　　總結(jié)與體會(huì)</b></p><p>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)是高等工科教育教學(xué)計(jì)劃中

121、的實(shí)踐性環(huán)節(jié)，是各個(gè)教學(xué)計(jì)劃環(huán)節(jié)的繼續(xù)、深化、補(bǔ)充和檢驗(yàn)，將分散、局部的學(xué)習(xí)內(nèi)容加以綜合、集中，全面，更接近地予以實(shí)際運(yùn)用，解決一個(gè)復(fù)雜的實(shí)際工程問題。</p><p>　　本次設(shè)計(jì)，貫穿了水電站水力機(jī)械常規(guī)設(shè)計(jì)的所有內(nèi)容，通過設(shè)計(jì)，深入認(rèn)識(shí)了水電站水輪發(fā)電機(jī)組、調(diào)速器等附件、電站運(yùn)行過程和調(diào)節(jié)系統(tǒng)的影響因素等。對水電站的整體運(yùn)行有了更深一層次的了解。這對以后在水電站的工作，有著十分很大的幫助。</p>

122、;<p>　　在設(shè)計(jì)過程中，充分運(yùn)用到了水力發(fā)電的各種專業(yè)知識(shí)，從水輪機(jī)理論基礎(chǔ)到輔助設(shè)備的實(shí)際選擇及水輪機(jī)調(diào)節(jié)，不斷翻閱教材和各種資料，將以前零散的知識(shí)點(diǎn)有序地貫穿起來，有機(jī)地融為一個(gè)實(shí)際工程設(shè)計(jì)的整體，把書本上的知識(shí)綜合運(yùn)用到實(shí)際工程，解決實(shí)際工程設(shè)計(jì)中出現(xiàn)的各種問題，真正體會(huì)到了溫故而知新的道理。</p><p>　　設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)，需要查閱大量的參考文獻(xiàn)手冊，處理表格數(shù)據(jù)，圖紙繪制，編輯文件等工