水轮机课程设计教学提纲
水轮机教学设计
水轮机教学设计1. 简介水轮机是一种传统的水力发电设备，其工作原理是利用水流的能量驱动轮轴或转子，从而通过发电机将能量转化为电能。
在中小学生物课程中，教师可以通过设计有趣的实验来向学生介绍水轮机的原理和应用，提高学生的科学素养。
2. 实验目标•了解水轮机的工作原理；•掌握水流驱动水轮机产生电能的基本原理；•学会通过实验设计和分析提高科学研究的能力。
3. 实验设备与材料•水轮机模型一份；•水槽一只；•电流表、电压表各一只；•水泵一只；•PVC管道若干；•温度计一只；•纸板、剪刀、胶水等。
4. 实验步骤4.1 实验预处理教师可以先介绍水轮机的工作原理和应用，向学生讲解水轮机的构造和原理。
利用PPT或其他教学工具，向学生展示水轮机的实物图和示意图，让学生了解水轮机的分类、性能、应用等信息。
4.2 实验设计与制作教师可以让学生自行设计制作水轮机模型，或使用已有的模型。
制作过程中，学生应该考虑到水轮机的材质、大小、叶片角度等因素，充分了解水轮机的工作原理，学习科学思维和动手能力。
4.3 实验设置与实验过程将制作好的水轮机放入水槽中，接上水泵和PVC管道，调整水泵输出的水量、水流速度和水轮机的转速，测量电压和电流的变化，记录下实验数据。
4.4 数据处理与结果分析利用温度计测量水槽和水轮机的温度变化，将实验数据整理成表格，分析水轮机在不同条件下的电压、电流、效率等变化趋势，并对实验结果进行讨论和总结。
5. 实验注意事项•实验过程中需要注意保护实验设备，防止损坏；•需要掌握水流控制的技巧，尽量保证水流方向和速度的稳定性；•对于实验数据处理和结果分析，需要认真分析并得出科学结论。
6. 实验得出的结论通过本次实验，学生能够深入了解水轮机的工作原理和应用，掌握水流驱动水轮机产生电能的基本原理，学会通过实验设计和分析提高科学研究的能力。
水轮机实验教学大纲
水轮机实验教学大纲
一、课程编号
二、课程名称
水轮机实验（Experiment of Hydraulic Turbine）
三、学分、学时
实验学分：0.4学分，实验时数：4学时
四、教学对象：
热能及动力工程专业本科学生及相关专业学生。
先修课程：要求学过水轮机、工程流体力学等课程。
五、开课实验室
水利水电工程学院水利水电教学实验中心
六、教材或实验指导书
教材：《水轮机》，河海大学、四川大学主编，中国科学文化出版社
自编《水轮机实验指导书》，印刷时间2004年10月，启用时间2005年5月
七、实验的地位、作用和目的
该实验课是针对热能及动力工程专业本科学生及相关专业学生在学习水轮机课程时的实践性环节，通过该实验课程的学习，使学生更进一步掌握水轮机的能量测试的方法，了解水轮机汽蚀现象，绘制水轮机模型综合综合特性曲线，达到提高学生动手能力的目的。
八、实验内容与基本要求
实验内容：
水轮机能量试验；
水轮机汽蚀试验。
对于上述模型实验，教师只提出实验目标，由学生自己动力手进行测试，最后得到实验成果，提交实验报告。
要求学生初步掌握水轮机模型实验的的方法、能够对实验数据进行正确处理，根据实验成果进行理论分析，提交实验报告。
九、设备及器材配置
水轮机模型实验台
十、考核方式
主要以提交实验报告为主。
水轮机课程设计
水轮机课程设计
1.引言
水轮机是一种重要的水力发电设备，广泛应用于水电站和水能利用系统中。
本课程设计旨在帮助学生深入了解水轮机的工作原理、性能特点以及设计与选型过程。
2.学习目标
通过本课程设计，学生将达到以下目标：
理解水轮机的基本原理和工作方式；
掌握水轮机的性能参数和性能曲线的分析方法；
学会进行水轮机的选型和设计计算；
熟悉水轮机的运行与维护管理。
3.课程内容安排
第一章：水轮机概述
水轮机的定义和分类
水轮机的主要构成部分和工作原理
第二章：水轮机性能分析
水轮机的性能参数介绍
水轮机性能曲线的绘制与分析方法
第三章：水轮机选型与设计
水轮机的选型原则与方法
水轮机的设计计算步骤和方法
第四章：水轮机的运行与维护
水轮机的运行管理和性能监测
水轮机的维护与故障处理
4.教学方法
本课程设计将采用以下教学方法：
理论讲授：通过课堂讲解介绍水轮机的基本原理、性能分析方法和选型设计过程。
实践操作：学生将进行水轮机的选型和设计计算，并使用专业软件进行性能曲线的绘制和分析。
小组讨论：鼓励学生参与小组讨论，分享经验和解决问题。
5.考核方式
课程设计报告：学生需完成水轮机的选型和设计计算，并撰写课程设计报告。
学习笔记：学生需撰写学习笔记，记录课堂内容和思考。
6.参考资料
《水力发电工程手册》
《水轮机与泵类》（第四版），朱光勇主编
《水轮机》（第三版），王文明编著
以上是水轮机课程设计的一个简要安排，具体的教学内容和安排可以根据实际情况进行调整和补充。
希望对您有所帮助！。
《水轮机原理及水力设计》教学大纲
《水轮机原理及水力设计》教学大纲适用四年制本科热能与动力工程专业(参考时数：40学时)一、课程代码二、课程的性质本课程是热能与动力工程专业水力机械及工程专业方向学生的一门学科必修课。
三、课程主要知识点1、掌握流体机械的定义、种类和用途。
2、掌握水轮机的主要性能参数。
3、理解水轮机中的能量转换，必须掌握水轮机转轮进出口的流速三角形的绘制方法，并进行变工况分析；掌握水轮机基本方程的推导方法并理解方程的物理意义；掌握水轮机（以反击式水轮机为主）主要过流部件的工作原理；理解水轮机中的能量损失；掌握原型水轮机效率的换算方法。
4、理解水轮机中的流动相似条件；掌握相似理论在水轮机中的应用；理解比转速的定义以及比转速与过流部件几何形状和性能的关系。
5、了解水轮机空化空蚀现象及机理；掌握主要空化参数的定义及应用；了解泥沙磨损对水轮机的危害及抗磨措施；熟悉造成水轮机水力振动的主要原因并了解减轻或消除振动的主要方法。
6、掌握水轮机模型试验（以能量试验为主）及主要特性曲线的绘制方法；掌握对不同比转速水轮机主要特性曲线的比较方法；理解水轮机的飞逸特性及防飞逸的措施。
7、了解水轮机型谱的意义及主要内容；理解利用模型综合特性曲线进行水轮机选型计算的方法。
8、理解水轮机主要过流部件的水力设计方法。
四、课程基本要求本课程内容主要包括：流体机械的概述，水轮机中的能量转换，水轮机的相似理论，水轮机的空化空蚀、泥沙磨损及水力振动，水轮机的模型试验及特性曲线，水轮机的型谱及选型计算，水轮机主要过流部件的水力设计方法。
并安排水轮机能量试验，使学生掌握水轮机模型试验过程及特性曲线的绘制方法，以培养学生的实践动手能力。
五、教学目的通过该课程的学习，学生应掌握水轮机的工作原理、水力设计及基本理论知识，为进入专业后续课程的学习奠定必要的基础。
六、学时七、学时分配（一）理论部分（二）实验部分八、推荐教材、参考书教材：张克危.流体机械原理(上册).北京：机械工业出版社，2000参考书：1、陈次昌.宋文武.流体机械基础.北京：机械工业出版社，20022、宋文武.水力机械及工程设计.重庆：重庆大学出版社，2005九、大纲使用说明1、本课程应以高等数学、流体力学、叶栅理论为先修课程，建议安排在第6学期。
水轮机课程设计纸
水轮机课程设计纸一、教学目标本节课的教学目标是让学生了解和掌握水轮机的基本原理、结构和应用，提高学生对水利工程的认知水平。
具体来说，知识目标包括：1.了解水轮机的历史发展及其在水利工程中的应用。
2.掌握水轮机的工作原理、主要结构和部件功能。
3.理解水轮机的工作特性及其影响因素。
技能目标则要求学生能够：1.分析水轮机的工作过程，判断水轮机的工作状态。
2.学会使用相关工具和仪器，对水轮机进行简单的维护和检修。
情感态度价值观目标则主要包括：1.培养学生对水利工程的兴趣，提高学生对水轮机的认识。
2.培养学生珍惜水资源，关注环境保护的意识。
3.培养学生团结协作、勇于探索的精神风貌。
二、教学内容本节课的教学内容主要包括水轮机的基本原理、结构和应用。
具体安排如下：1.导言：介绍水轮机的历史发展及其在水利工程中的应用，激发学生的学习兴趣。
2.水轮机的工作原理：讲解水轮机的工作原理，让学生了解水轮机是如何将水能转化为机械能的。
3.水轮机的结构：介绍水轮机的主要结构和部件功能，如转轮、导叶、主轴等。
4.水轮机的工作特性：分析水轮机的工作特性及其影响因素，如水流速度、水头等。
5.水轮机的应用：讲解水轮机在水利工程中的应用，如水电站、灌溉等。
三、教学方法为了激发学生的学习兴趣和主动性，本节课将采用多种教学方法，如讲授法、讨论法、案例分析法等。
具体安排如下：1.讲授法：讲解水轮机的基本原理、结构和应用，使学生掌握基础知识。
2.讨论法：学生分组讨论水轮机的工作过程和应用场景，提高学生的思考能力。
3.案例分析法：分析实际案例，让学生了解水轮机在水利工程中的重要作用。
4.实验法：安排课后实验，让学生亲自动手操作，加深对水轮机结构和工作原理的理解。
四、教学资源为了支持教学内容和教学方法的实施，本节课将选用以下教学资源：1.教材：《水利工程导论》等有关水轮机的章节。
2.参考书：提供有关水轮机的历史发展、结构原理等方面的资料。
3.多媒体资料：制作课件、视频等，形象生动地展示水轮机的工作原理和应用场景。
水轮机原理与运行课程设计
水轮机原理与运行课程设计一、课程背景和目的水轮机是一种水力发电设备，具有广泛的应用领域。
随着我国经济的发展和政府对清洁能源的倡导，水力发电在我国已经成为一个非常重要的能源来源。
因此，深入学习水轮机原理和运行，具有重要的实践意义和科学价值。
本课程旨在通过讲授水轮机的原理和运行原理，让学生了解水轮机的工作过程和运行技术，为学生进入相关行业提供良好的基础知识和实践技能。
二、课程教学与实践内容2.1 基础知识1.水轮机基础原理介绍。
2.水轮机各部分的工作原理介绍。
3.水轮机的分类和特点。
2.2 系统分析1.水轮机系统结构。
2.水轮机系统参数测量技术。
3.水轮机系统运行调试技术。
4.模拟和仿真技术。
2.3 实验操作1.水轮机实验操作技能。
2.水轮机系统性能测试实验。
3.水轮机故障排除实验。
三、教学方法在本课程中，将为学生提供一系列的教学方法，以提高学生的学习效率，包括理论课程讲解、实验室实践、案例分析、问题求解、实践操作等。
四、考核方式学生将通过期末考试和实验报告来评估其课程学习和实践成果。
期末考试占总成绩的50%，实验报告占总成绩的50%。
五、课程时间本课程将分为两个学期。
第一学期主要介绍水轮机的基础知识和系统分析，第二学期将重点讲解实验操作和仿真实践。
六、教材教材主要为《水力发电工程》、《水轮机设计和运行》等相关教材。
七、实验器材1.水轮机实验台。
2.流量计、压力计等测量仪器。
3.计算机和仿真软件。
八、授课团队本课程的授课团队由水利工程、电气工程、机械工程等相关专业的优秀教师和行业专家组成，旨在为学生提供专业的教学服务和良好的学习环境。
水轮机课程设计
水轮机课程设计1. 研究背景水轮机是一种使用水能转换成电能的设备，广泛应用于水利工程、能源工程和化工等领域。
本课程设计旨在通过学生对水轮机的学习和研究，掌握水轮机的工作原理、设计方法和实现技术，从而培养学生的工程实践能力和创新思维。
2. 课程目标本课程设计的主要目标是：1.了解水轮机的工作原理和分类；2.掌握水轮机的设计方法和计算原理；3.学习水轮机的运行控制和维护管理；4.进行水轮机的设计、制造和测试，并撰写课程设计报告。
3. 课程内容本课程设计包括以下内容：1.水轮机的概述和分类：–水轮机的定义和历史发展；–水轮机的分类和工作原理；–水轮机的应用领域和发展趋势。
2.水轮机的设计和计算：–水轮机的设计基本原理和要求；–水轮机的几何尺寸和流量参数计算；–水轮机的运动学和动力学计算；–水轮机的效率和性能参数计算。
3.水轮机的运行控制和维护管理：–水轮机的运行控制和调节；–水轮机的安全运行和故障排除；–水轮机的维护管理和检修。
4.水轮机的设计、制造和测试：–水轮机的设计方案和制造流程；–水轮机的装配和调试；–水轮机的性能测试和实验研究。
4. 课程方法与评价本课程设计采用“理论教学 + 实践操作 + 课程报告”的教学方法，其中：1.理论教学：通过课堂讲授、翻阅资料、观摩视频等方式，使学生了解水轮机的概念、工作原理和设计方法，掌握相关计算原理和技术要点。
2.实践操作：学生根据课程设计要求，将理论知识转化为实际操作，进行水轮机的制造、装配和测试等过程，锻炼学生的实际动手能力和协作精神。
3.课程报告：学生在课程结束后，撰写水轮机课程设计报告，在报告中详细说明设计过程、实践操作和结果分析等内容，评价学生的课程设计能力和创新意识。
课程评价采用综合评价方法，同时考虑理论知识、操作技能、报告撰写等方面的表现，以评分的形式进行最终评价。
5. 教学安排本课程设计的教学安排如下：课程内容授课方式课时数水轮机的概述和分类理论教学 2水轮机的设计和计算理论教学8水轮机的运行控制和维护理论教学 2水轮机的设计、制造和测试实践操作18本课程设计具体实施时间和地点可根据教学计划和实际情况进行调整。
水轮机课程设计(2)
课程设计报告题目：能量转换机械创新综合设计——水轮机课程设计姓名：xxx学号：xxx班级：xxx2014年 6 月24 日目录目录 (1)课程设计任务书 (2)1. 课程设计的目的和要求 (2)2. 基本参数 (2)3. 课程设计的任务 (3)第一章水轮机的选型设计 (3)1.水轮机型号选择 (3)已知参数 (3)2. 水轮机基本参数的计算 (5)一.转轮直径1D的计算 (5)二.效率 的计算 (6)三．转速n的计算。
(6)4. 水轮机设计流量的计算 (7)5. 几何吸出高度Hs的计算 (7)6.飞逸转速nR的计算 (7)7. 转轮轴向水推力Ft的计算 (7)8. 检验水轮机的工作范围 (8)第二章水轮机运转特性曲线的绘制 (9)1.等效率曲线的计算 (10)2. 机组出力限制线的计算 (12)3.等吸出高度线的计算 (12)第三章蜗壳设计 (14)1.蜗壳型式的选择及参数 (14)2.蜗壳进口断面的计算 (16)3.椭圆断面的计算 (20)第四章尾水管设计 (21)第六章参考文献 (24)第七章附录 (25)1. 水轮机的运转综合特性曲线 (25)2. 蜗壳断面图 (25)3. 尾水管单线图 (25)课程设计任务书1. 课程设计的目的和要求课程设计是水轮机课程教学计划中的一个重要环节，是培养学生综合运用所学理论知识解决工程实际问题的一次系统的基本训练。
通过水轮机课本章节的相关理论知识的学习后，再通过课程设计的环节以达到巩固和加强理论知识的目的，进一步培养学生独立思考、严谨工作的能力，使学生学会查阅、收集、整理和分析相关文献资料；熟悉水轮机选型设计阶段的内容，针对给定任务能提出合理的设计方案并得出正确的计算结果。
2. 基本参数电站总装机容量：3000 MW电站装机台数：4台水轮机安装高程：2241.5m最大工作水头H：220mmax最小工作水头H：192.1mmin设计工作水头H：205mr加权平均工作水头H：210.5 ma3. 课程设计的任务根据给定的电站参数来进行反击式水轮机选型设计：（1）确定机型和装置形式；（2）确定水轮机的功率、转轮直径、同步转速、吸出高度及安装高程，轴向水推力，飞逸转速等参数；（3）绘制水轮机的运转综合特性曲线；（4）确定蜗壳的型式及尺寸，绘制蜗壳单线图；（5）确定尾水管的型式及尺寸，绘制尾水管单线图。
水轮机及其辅助设备课程设计 (2)
水轮机及其辅助设备课程设计1. 课程背景水能利用是一项重要的可再生能源利用方式之一，而水轮机则是其中最早被应用的一种装置。
本课程旨在对水轮机及其辅助设备进行深入了解，包括其原理，分类，工作流程和主要构成部分，以及发电厂常用的辅助设备，如调速系统、水力发电站控制系统等，为学生奠定水力发电学科的基础。
2. 课程目标通过本课程的学习，学生应该掌握以下内容： - 水轮机的基本工作原理和分类 - 水轮机常见的布置形式和构成部分 - 常用的水力发电厂辅助设备及其作用 - 水力发电站的控制系统组成和原理 - 水轮机的效率计算方法及其应用3. 课程计划第一周•课程介绍•水轮机的概述：历史、作用、发展和应用现状第二周•水力资源和水轮机的性能参数：流量、水头和效率•水轮机分类及其专业术语：反推式、混流式、斜流式等第三周•具体的水轮机设计及其运行特点：容积、跌差、压力、尾水等•水轮机的主要构成部分：转子、导叶、固定叶片、轴、轴承等第四周•水力发电运行常用的辅助设备：调速系统、GOU运行模式、水力发电站控制系统•水力发电站的控制系统组成及其原理：水电站集控、远程监控和故障处理等第五周•水轮机效率的计算方法及其应用：绝热效率、机械效率、水利效率和总效率•水轮机的计算方法和参数的测定：静态水力试验、动态试验和模型试验第六周•课程总结和考试4. 考核方式•期末考试（70%）：包括填空、判断、选择和简答题等•作业（20%）：包括设计、计算题和文献阅读等•出勤率和课堂表现（10%）5. 参考资料•能源与资源高校工程实践教育系列教材水利水电工程系列：水轮机及辅助设备•中国水力发电技术标准：针对水轮机运行和维护的技术规范以上是本课程的详细内容和安排，希望能够对学生在未来的学术和职业道路上有所帮助。
水轮机、水泵及辅助设备教学大纲
水轮机、水泵及辅助设备教学大纲第一部分大纲说明一、课程的性质、目的与任务水轮机、水泵及辅助设备是中央广播电视大学工科水利水电工程专业的主要专业课之一。
通过本课程的学习，使学生掌握水轮机、水泵的工作原理、主要类型、基本结构、运行特性与选型设计，水力机组主要过流部件的水力计算，水力机组辅助设备、水轮机调速系统的构成与工作原理，为从事水电站的设计、运行与管理打下基础。
二、与其它课程的联系学习本课程应具有水力学、工程力学与电工学的基础。
三、课程的特点本课程是一门理论性与实践性都较强的课程，学习其工作原理时，要与水力学、电工学中的有关理论相结合，用这些理论对工作原理或物理现象进行分析。
要注意与工程实践的结合,掌握设备的计算、运行与维护的基本技术。
四、教学总体要求根据本课程的特点，对学习本课程提出如下要求：1.2.3.五、课程教学要求的层次课程教学分三个层次，即通过理论学习理解水力机组及其辅助设备的工作原理，应用基本理论解决基本计算问题，结合实验、实习及毕业设计等实践环节使理论认识进一步深化。
第二部分媒体使用和教学过程建议一、课程教学总时数、学分数本课程5学分，课内学时90学时，开设一学期，其中电视课10学时，实验8学时。
二、文字教材、音像教材及相互关系文字教材是主要教学媒体，包括教材、实验指导书等，音像教材采用录像、MCAI形式，通过实物录像、图片、动画对水轮机、水泵等设备的结构、调速系统工作原理进行描述，使三、教学环节本课程以自学为主，电视课只讲各章难点，并对学习方法进行引导，充分利用音像多种媒体的优点，用录象或ＣＡＩ辅助教材讲解设备结构与动作原理。
学生应按规定完成各章节作业，并计入平时成绩。
在考前组织短期集中面授，解决学生学习中的疑难问题。
本课程考试方式为闭卷，120四、教学媒体的使用与学时分配说明：距学校较近的学生可利用面授时间进行实验，无实验条件的学生可到现场实习，以提高实习报告方式计实验成绩。
第三部分教学内容和教学要求一、概论1.水电站中的机2.3.4.了解水电站中的主要机电设备及其作用。
水轮机课程设计(完整版)
课程设计说明书设计题目：水轮机选型学生姓名：学号：班级：完成日期：指导教师（签字）：44一、课程设计的目的和任务1、目的：通过水轮机的课程设计，将各种水轮机的性能参数整理并绘制成不同形式的曲线，它是与水轮机课程教学相辅助的一个理论学习的环节，也是课程教学中一个必不可少的环节。
通过水轮机课本章节的相关理论知识的学习后，再通过课程设计的环节以达到巩固和加强理论知识的目的，进一步培养学生独立思考、严谨工作的能力；此外，通过课程设计更进一步掌握造型、设计、参数等程序内容，提高了学生查阅资料和动手实践的能力。
2、课程设计的任务：通过所给的原始资料，根据要求明确水轮机的基本工作参数（包括水头H、流量Q、转速n、效率 、出力P、吸出高度H S、转轮直径D、水轮机型号、机组台数、装置方式等），整理并绘制成不同形式的曲线，即获得水轮机的特性曲线图。
二、电站基本参数（1）电站总装机容量： 900 MW（2）电站装机台数： 6台（3）电机容量： 150 MW（4）下游尾水位：▽80m（5）水轮机工作水头：最大工作水头(Hmax)： 81.5m最小工作水头(Hmin)： 45.5m设计工作水头(Hd)： 63.5m加全平均工作水头(Hw)： 57.8m(6) 机组运行特点：调峰（7）电站水质良好三、水轮机的简介水轮机是一种将河流中蕴藏的水能转换成旋转机械能的原动机，当水流流过水轮机时，通过主轴带动发电机，将旋转机械能转换成电能。
与发电机连接成的整体称为水轮发电机组，它是水电站的主要设备部分。
水电站是借助水工建筑物和机电设备将水能转换成为电能的企业，在未来，水能资源的开发和利用将成为资源开发利用的主导能源，所以，水轮机的设计开发对我国水能资源的开发起到很大的推进作用。
水轮机大致分为两大类：反击式水轮机和冲击式水轮机；反击式水轮机：转轮利用水流的压力能和动能做工的水轮机称为反击式水轮机。
其特征是：压力水流充满水轮机的整个流道，水流流经转轮叶片时，受叶片的作用面改变压力、流速的大小和方向，同时水流在转轮叶片正反面产生压力差，对转轮产生反作用力，形成旋转力矩使转轮旋转。
水轮机调节第三版课程设计
水轮机调节第三版课程设计1. 选题背景水轮机是一种能把水能转换成机械能的机器，其调节一直是水力发电运行过程中的重要技术问题。
水轮机调节，通俗地讲就是控制水轮机转速、流量和输出功率，以维持发电机的频率和电压稳定。
因此，通过深入学习水轮机调节的方法和技巧，掌握调节的理论知识、技术手段及其应用，在水力发电行业中具有重要的意义。
本课程设计将以水轮机调节为主题，讲解水轮机调节系统所需的传感器、控制器以及调节算法，并设计一套完整的调节方案，以此让学生们深入了解水轮机调节方面的知识。
2. 基本内容2.1 水轮机调节系统的构成水轮机调节系统主要由以下几部分组成：•传感器：用于检测水轮机的转速、流量、压力等参数•控制器：通过采集传感器信号，控制水轮机的调节阀和导叶，实现对水轮机的调节控制•调节算法：通过对传感器采集的数据进行处理，并通过控制器输出控制信号，从而实现对水轮机的转速、流量和输出功率等参数的控制。
2.2 传感器的选用传感器在水轮机调节系统中起着至关重要的作用，合理选择传感器类型和规格是保证调节系统性能和稳定性的关键因素。
常见的传感器有浮子流量计、压力传感器、速度传感器等。
针对不同的应用场景，需要根据实际情况选择传感器。
2.3 控制器的选用控制器是水轮机调节系统中的核心部件，负责不同传感器的信号采集、信号处理以及控制指令的输出等。
常见的控制器有PLC（可编程逻辑控制器）、单片机等。
同样需要根据不同需求选择相应型号和规格的控制器。
2.4 调节算法的实现调节算法是水轮机调节系统的灵魂，主要包括PID算法、模糊控制算法、神经网络算法等。
设计及调优调节算法是保证控制系统良好性能的重要手段。
在本课程设计中，将选用PID算法作为调节算法。
2.5 课程设计方案本课程设计将分为以下几个步骤：1.学习水轮机调节系统的基本构成和原理；2.确定所需传感器、控制器及相关硬件，并进行系统组装调试；3.借助Simulink等软件进行调节算法的模拟和仿真，实现PID调节控制算法的编写、调试和优化；4.通过实际调节系统对模拟仿真得到的调节算法进行验证，并对调节算法进行进一步的优化；5.设计一套完整的水轮机调节方案，包括传感器、控制器、调节算法的选用和整合，以及实际调节系统的组装和调试。
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目录第一章基本资料 (1)第二章机组台数与单机容量的选择 (2)第三章水轮机主要参数的选择与计算 (5)第四章水轮机运转特性曲线的绘制 (10)第五章蜗壳设计 (13)第六章尾水管设计 (17)第七章心得体会 (20)参考文献 (20)第一章基本资料基本设计资料黄河B水电站是紧接L水电站尾水的黄河上游的一个梯级水电站。
水库正常蓄水位2452 m，电站总装机容量4200 MW，额定水头205 m。
经水能分析，该电站有关动能指标如表1所示：表1 动能指标第二章机组台数与单机容量的选择水电站的装机容量等于机组台数和单机容量的乘积。
根据已确定的装机容量，就可以拟定可能的机组台数方案，选择机组台数与单机容量时应遵循如下原则：2.1机组台数与工程建设费用的关系在水电站的装机容量基本已经定下来的情况下，机组台数增多，单机容量减小。
通常小机组单位千瓦耗材多、造价高，相应的主阀、调速器、附属设备及电气设备的套数增加，投资亦增加，整体设备费用高。
另外，机组台数多，厂房所占的平面尺寸也会增大。
一般情况下，台数多对成本和投资不利。
因此，较少的机组台数有利于降低工程建设费用2.2机组台数与设备制造、运输、安装以及枢纽安装布置的关系单机容量大，可能会在制造、安装和运输方面增加一定的难度。
然而，有些大型或特大型水电站，由于受枢纽平面尺寸的限制，总希望单机容量制造得大些。
2.3机组台数对水电站运行效率的影响水轮机在额定出力或者接近额定出力时，运行效率较高。
机组台数不同，水电站平均效率也不同。
机组台数较少，平均效率越低。
机组台数多，可以灵活改变机组运行方式，调整机组负荷，避开低效率区运行，以是电站保持较高的平均效率。
但机组台数多到一定程度，再增加台数对水电站运行效率增加的效果就不显著。
当水电站在电力系统中担任基荷工作时，引用流量较固定，选择机组台数较少，可使水轮机在较长时间内以最大工况运行，使水电站保持较高的平均效率。
当水电站担任系统尖峰负荷并且程度调频任务时，由于负荷经常变动，而且幅度较大，为使每台机组都可以在高效率区工作，则需要更多的机组台数。
另外，机组类型不同，高效率范围大小也不同，台数对电厂平均效率的影响就不同。
对于高效率工作区较窄的，机组台数应适当多一些。
轴流转浆式水轮机，由于单机的效率曲线平缓且高效区宽，台数多少对电厂的平均效率影响不明显；而混流式、轴流定浆式水轮机其效率曲线较陡，当出力变化时，效率变化较剧烈，适当增加台数可明显改善电厂运行的平均效率。
2.4机组台数与水电站运行维护的关系机组台数多，单机容量小，水电站运行方式较灵活机动，机组发生事故停机产生的影响小，单机轮换检修易于安排，难度也小。
但台数多，机组开、停机操作频繁，操作运行次数随之增多，发生事故的几率也随之增高，对全厂检修很麻烦。
同时，管理人员多，维护耗材多，运行费用也相应提高。
故不能用过多的机组台数。
2.5机组台数与其他因素的关系2.5.1机组台数与电网的关系对于区域电网的单机：装机容量较小≯15%系统最大负荷（不为主导电站）；装机容量较大≯10%系统容量(系统事故备用容量)，因而，单机容量与台数选取不受限制。
2.5.2机组台数与保证出力的关系根据设计规范要求，机组单机容量应以水轮机单机运行时其出力在机组的稳定运行区域范围内确定为原则。
不同型式的水轮机的稳定运行负荷区域如表1。
表2 不同型式的水轮机的稳定运行负荷区域2.5.3机组台数与电气主接线的关系对采用扩大单元的电气主接线方式，机组台数为偶数为利。
但由于大型机组主变压器受容量限制，采用单元接线方式，机组台数的奇、偶数就无所谓了。
上述各种因素互相影响，遵循上述原则，并且该水电站装机容量为20万kW，由于2.2万kW＜20万kW＜25万kW，该水电站为中型水电站，并担任系统调峰、调相及少量的事故备用容量，同时兼向周边地区供电。
综上所述，确定机组台数选择的原则：对大中型水电站，一般选择6—10台；保证在水头低于额定水头时，机组受阻容量尽量小；在可能的情况下尽量选用单机容量较大的水轮机，以降低设备造价。
第三章水轮机主要参数的选择与计算根据水头的变化：最小工作水头192.1m到最大工作水头220m。
同时：.7r/m in 11920205200020-2000n s =-==H在水轮机系列型谱表查出合适的机型中选取HL120(7×600MW),HL110(10×420MW)和HL160(7×600MW)三种类型水轮机。
现将这三种水轮机作为初选方案，分别求出其有关参数，并进行比较分析。
3.1计算水轮机基本参数方案一 HL160(7×600MW) 3.1.1计算转轮直径1D 水轮机额定功率 kW P P ggr 61855797.0600000===η 去最优单位转速.5r/min 67n 110= 与功率限制线交点的单位流量为额定工况的单位流量，则s Q /m 8.603r 11=对应的模型效率895.0=M η。
去效率修正值%3=∆η，则额定工况原型水轮机效率915.003.0895.0=+=∆+=ηηηM P 。
水轮机转轮直径1D 为m H Q P D r r r88.5915.020568.081.961855781.92/32/3111=⨯⨯⨯==η按我国规定的转轮直径系列，且转轮直径取小了不能保证在额定水头下发出额定功率，取大了，不经济且无必要。
根据单机功率和转轮直径，该水轮机属大型机组，故取1D =6m 。
3.1.2计算水轮机效率η 已知：m D M 46.01=；91.00=M η46.9066.40)1.901(1)1(1551100=--=--=P M M P D D ηη 36.001.9046.9000=-=-=∆M P ηηη额定工况原型水轮机的效率为31.9036.0095.80=+=∆+=ηηηM 3.1.3水轮机转速的计算与选择 min /.21636.5210.5671w 110r D H n n =⨯==式中 1111M 110n n n ∆+=03.0020.0191.0946.01n n 0011M 11<=-=-=∆M P ηη 符合，不需修正 （1）检验水轮机实际工作范围的校核发电机同步转速的计算公式为 p3000n =n 为发电机同步转速，r/min ；p 为发电机磁极对数。
磁极对数3000/163.2=18.38， 则磁极对数取18、20。
分别求出min r w max H H H H 、、、下对应的单位转速，如表3所示： 表3 各水头对应单位计算表检查两方案，在模型综合特性曲线图上，第一种方案包含高效率去，且原则上取相近偏大值。
所以确定取第一种方案。
（2）水轮机计算点出力的校核 计算r H 时的出力：r P H >⨯=⨯⨯⨯⨯==kw 106.5631.902058.6061.89Q 9.81D P 5.512.51r 1121η 符合要求3.1.4计算水轮机额定流量s Hs /.5m 35020568.6032r 21r 11r =⨯⨯==H D Q Q3.1.5计算最大允许吸出高度s H在额定工况下，模型水轮机的空化系数65.00=M σ。
根据几个装有HL160转轮的电站调查，认为HL160转轮的电站空化系数P σ应大于0.1为好，故空蚀安全系数取K=1.6。
E=2241.5m .8m 13-20565.00.61-900.52241-10-900-10r s =⨯⨯==H K E H M σ3.1.6实际的水轮机额定水头 因不同的D 1、ｎ与水能预算Hr 有差异.1m 19731.908.6061.896185571.893/223/21121r r =⎪⎭⎫⎝⎛⨯⨯⨯=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=ηQ D P H3.1.7计算水轮机实际额定流量r Qs /.7m 343.119768.6032r 21r 11r =⨯⨯==H D Q Q式中Hr 采用上述（五）中的计算结果。
3.1.8计算飞逸转速R n由HL160模型水轮机飞逸特性曲线查得，在最大导叶开度下单位飞逸转速为，故水轮机的飞逸转速m in /r 117n 11=Rmin /r 3146220127n n 1max 11=⨯==D H RR 3.1.9计算轴向水推力t F根据表4，HL160的转轮轴向水推力系数6.20~0.20K t =，转轮直径较小、止漏环间隙较大时取大值。
本电站转轮直径较大，但水中有一定含沙量，止漏环间隙应适当大一些，故取03.20K t =。
水轮机转轮轴向水推力为表4 混流式水轮机的轴向水推力系数表N H D 72max 21tt 10487.21220640.6803.20981049810K F ⨯=⨯⨯⨯⨯==3.1.10同理，方案二和方案三的数据也可通过同样的方法和过程查资料计算得出，三种方案所得数据如表5所示：表5 三种方案数据表格3.1.11确定机组方案根据上面列举出来的三种方案数据分析，第三种方案出力比额定小，且实际额定水头比最高水头大，故首先排除。
第一二种方案中，第一种方案效率比第二种高，且第一种方案转速比第二种的高，则其发电机尺寸小，重量轻，一方面可以减少设备的造价，另一方面有利于减小厂房的平面尺寸，降低厂房的土建投资。
第一种方案的出力也比第二种大。
综上所述，最佳方案为第一种方案。
第四章水轮机运转特性曲线的绘制4.1等效率曲线的计算与绘制现取水电站4个水头，列表计算，计算结果如表6所示。
绘制的等效率线详见设计图纸。
表6 HL160型水轮机等效率曲线计算表4.2等吸出高度线的绘制（1）求出各水头下的11n 值，并在相应的模型综合特性曲线上查出11n 水平线与各等气蚀系数σ线的所有交点坐标，读出M η、11Q 、σ的值，并由此计算出η、P ，填入表7中（2）利用公式H K EH M s σσ--=90010计算出相应于上述各σ的s H 值，填入表7中。
计算结果如表7所示，绘制的等吸出高度线详见设计图纸。
表7 HL160型水轮机等吸出高曲线计算表第五章蜗壳设计5.1蜗壳型式选择由于本水电站水头高度范围为192.1—220m，所以采用金属蜗壳。
5.2主要参数蜗壳进口断面的计算金属蜗壳的进口断面型式一般都作成圆形，为钢板制作。
(蜗壳是沿座环圆周焊接在上下碟形边上，由于过流量的减小，蜗壳断面也随之减小，为使小断面能和碟形边相接，在某一包角后均采用椭圆断面) 蜗壳进口断面平均速度,根据《水轮机原理与运行》公式（6-5）得9s H v /m 25.19.1197.650r 0=⨯==α蜗壳的进口流量s Q Q /.2m 334.73433603503603oor o oo =⨯==ϕ o ϕ为蜗壳包角，对于金属蜗壳一般取o o 360345—，式中取o 350蜗壳的进口断面面积 2017.63625.192.334m v Q F O O ===进口断面的半径 mm 15.4336.617oo ===ππρF从轴中心线到蜗壳外缘的半径：m m 5.414928415.3249252o max =⨯+=+=ρa r Ra R ——蜗壳座环外半径，由《混凝土蜗壳座环尺寸系列》（《水力机械》P162）查取座环的外径、内径分别为：m D a 85.9=；m D b 2.8=；m R a 925.4=；m R b 1.4=；k=175mm ；r=500mm 。