水轮机调节 课程设计 完整版
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！。
水轮机课程设计报告
水轮机课程设计报告
本课程设计以水轮机为基础，根据本学期所学的知识和理论，综合运用MATLAB进行
程序分析和仿真计算，考虑水轮机的不同工况，对其功率特性及所耗电功率进行实际模拟，掌握水轮机的工作原理及参数选择，为水轮机的设计和选择提供依据。
水轮机是一种利用水力推动涡轮机而发生动力的设备。
它主要由水力装置、调节机构、涡轮机三大部分组成，并且他们之间关系紧密。
模拟仿真是指利用一定的软件软件工具
根据某一系统的实际工作情况，对其状态和行为进行模拟，亦称形象模拟。
主要用于理
论分析实验以及新的工艺的检测，在水轮机的设计分析说明、参数选择以及工况分析方面
特别重要。
本课程设计的目的在于通过MATLAB某一种水轮机的模拟，计算水轮机的工作原理及
参数，对其功率特性及所耗电功率进行模拟。
首先，使用水轮机系统参数，制订水轮机
的模拟方案，并设置合理的参数值，编写程序，实现系统仿真；然后，利用MATLAB绘制
仿真结果曲线，了解水轮机系统的功率特性，分析系统耗电功率；最后，根据仿真结果对
水轮机的参数进行调整，实现系统最优化。
实验结果表明，通过MATLAB仿真分析和计算，本课程设计能够很好地表达水轮机的
运行特性，研究者可以得出满足要求的水轮机系统参数，从而改善系统性能，为实验教学
研究以及水轮机的设计、选择提供参考依据。
水轮机调节的基本原理PPT学习教案
第29页/共52页
为分析简便，常用调速系统Ymax永态转差率bs表示：
式中 nmax——Y=0时转速； nmin ——Y=Y时转速；
max
Y ——接力器最大行程。 max
调速器静态特性/动态特性，及其相关参数 一、调节系统的静态特性及品质指标
(一)调节系统静态特性（静特性）：是指调节系统处于 平衡状态时，机组转速与发电机出力之间的关系。
分为：无差静特性、有差静特性
第27页/共52页
调节系统静态性 调差率：用相对量表示的调节系统静态性某一规定运行点处斜率的 负数，用 ep表示。
Td ：缓冲装置时间常数，Td 与节流孔对油流的阻力系数等有关
式中
。Z2
Z 1 ：缓冲装置输：出信缓号冲，装主置动输活出塞信位号移，量从。动活塞位移量。
f ：主动活塞面积 1
f 2 ：从动活塞面积
第17页/共52页
（1）当 Td =0时，节流孔全开，可以近似认为油流阻力系数为零，节流孔对油流几乎
Z 不产生阻力，这种情况无论输入信号如何变化，都不产生输出信号，即 2 =0.
式中
1)引导阀处于平衡位置时，
p 1
A1
p(
A2
A3)
辅助接力器和主
配压阀都不动；
2)转速升高，p 0 ，在F作用下，辅
助接力器与主配1 压阀都上移，压力油
进入接力器左腔；
3)转速降低，引导阀接通压力油时，
,因 p p ，A所1 以A2 A3
F压1 力F 油,辅1 进助入接主力接器力与器主右配腔压，阀从下而移控，制
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。
水轮机课程设计2
目录第一章课程设计任务及目的 (1)一、所需收集的资料及图表 (1)二、课程设计基本任务 (1)三、课程设计目的 (1)第二章水能计算 (2)一、水能计算 (2)1、水电站水文资料 (2)2、水能计算相关公式 (2)3、水能计算所得曲线 (3)第三章装机方案的比较与确定 (6)一、确定机组台数需要考虑因素 (6)二、装机方案的选择 (7)1、总装机容量的确定 (7)2、水轮机组装机方案拟定 (7)三、装机方案的技术经济比较 (7)第四章水轮机机型的选择 (9)一、水电站的特征水头 (9)二、水轮机型号的确定 (9)三、水轮机装置形式选择 (10)第五章水轮机基本参数的计算 (11)一、水轮机转轮直径的计算 (11)二、效率ηr的计算 (11)三、转速n的计算 (11)四、水轮机设计流量Qr的计算 (12)五、几何吸出高度Hs的计算 (12)1、计算Hmax，Hr，Hmin所对应的单位转速n11 (12)2、确定各水头所对应的出力限制工况点的单位流量Q11 (12)3、用（1）（2）中计算的对应工况点从模型综合特性曲线上分别查出Hmax，Hr，Hmin所对应的模型汽蚀系数 (13)4、分别用查到的汽蚀系数计算Hmax，Hr，Hmin对应的吸出高度 (13)5、飞逸转速n R的计算 (13)6、检验水轮机的工作范围 (13)第六章机组的运转特性曲线 (15)一、等效率线的绘制 (15)二、出力限制线的绘制 (17)三、等吸出高度线的绘制 (18)四、水轮机运转综合特性曲线 (19)第七章课程设计总结 (20)参考文献 (20)附录 (20)第一章课程设计任务及目的一、所需收集的资料及图表1)中小型混流式水轮机模型转轮主要参数表。
2)水轮机模型综合特性曲线。
3)发电机标准同步转速表。
4)水轮机转轮直径尺寸系列表5)汽蚀系数修正值△σ与水头H关系曲线6)各型号水轮机转轮飞逸特性曲线二、课程设计基本任务1)水能计算并绘制相关曲线2)拟定四个水轮发电机组装机方案，并从两个方面（即技术方面与经济方面）进行分析，择优选取方案。
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。
《水轮机调节及辅助系统》课程标准
《水轮机调节及辅助系统》学习领域课程标准本课程标准由《水轮机调节及辅助系统》课程组与湖北漳河水电站和湖北天堂抽水蓄能电厂以及武汉博达高科电力技术公司联合开发制定。
《水轮机调节及辅助系统》学习领域课程标准以遵循职业性、开放性、实践性为原则，以“校企合作、工学结合”思想为指导，以通过完成整体化工作任务培养训练学生的“综合职业能力”为核心，以“工作内容”来组织课程内容为着眼点，以学习性工作任务为教学活动载体，使学生在尽量真实的职业情境中“学中做、做中学”。
一、学习领域定位1.本学习领域课程对应的职业典型工作任务本学习领域对应于本专业第六个典型工作任务，即水力机械运行、检修及安装。
2.本学习领域在课程体系中的地位与作用本课程是小型水电站及电力网专业的一门职业技术课程，包括水轮机调速器与水电站辅助设备两部分，是水轮机调速器检修工、水轮发电机组值班员等岗位必备课程。
《水轮机调节及辅助系统》课程与其他课程关系表二、学习（能力）目标1．专业知识目标（1）了解水轮机调节的任务、途径、方法和原理；（2）掌握调速器的组成、各部件的作用、调速器机械液压系统的整体动作过程，熟悉参数及对调节性能的影响；（3）了解微机调速器的基本组成、信号转换、PID调节及液压系统的运行方式和原理；（4）掌握油系统在机组运行中的作用，油劣化的原因及防止措施，油的净化方法；（5）掌握水电站压缩空气的用途，气系统的主要组成设备及压缩空气的产生过程；（6）掌握水电站技术供水对象、水源及方式，常用水泵型号及原理，供排水系统的操作方式；（7）掌握水轮机进水阀的铭牌、结构及类型，进水阀的操作方式，进水阀运行中的监视、巡视检查及维护内容。
2．职业技能目标（1）能看懂水轮机调速器系统图、结构图；（2）能对运行中的调速器进行巡视和检查；（3）会分析调节系统的特性，熟悉参数的调整，了解调速器的试验及运行；（4）能进行调速器故障判断、事故分析、简单故障处理。
（5）能完成水电站油、气、水系统运行、维护及常见故障及事故处理工作；（6）能对完成水电站油、气、水系统设备的选型及布置工作；（7）能完成水轮机进水阀设备的巡检及维护工作。
水轮机课程设计
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。
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》课程标准汇总
《水轮机调节》课程标准一、课程定位通过对水电站电力设备与管理专业的职业岗位所需能力分析，结合云南省水电行业的特点，制定了该专业课程体系。
本课程为水电站电力设备与管理专业的核心课程，课程以水轮机调速器为学习对象，在学习水轮机调速器基本知识的基础上，掌握水轮机调速器的运行管理、维护检修、安装调试等技能，满足企业对水电站运行维护人才的需求。
二、课程教学目标课程以“通史”与“通时”、“理论”与“实践”、“仿真”与“实际”的关系为主线，设计了以下目标：1.掌握水轮机调节的基本原理知识；2.掌握机械液压型调速器的基本知识；3.掌握调节系统的特性及调速器的调整试验基本知识；4.掌握微机调速器的基本知识；5.掌握水电站调节保证计算的基本知识；6.掌握调速器的运行、维护与故障分析处理的基本知识。
7.能够进行机械液压式调速器的运行操作、安装、调试、检修与维护；8.能够进行调速器配套油压装置的进行运行操作、安装、调试、检修与维护：9.能够进行微机调速器的进行运行操作，并微机控制系统故障进行简单判定，对机械液压系统进行安装、检修与维护；10.能够根据调节对象特性确定调速器的运行参数并进行参数整定；11.能够进行水电站调节保证计算，并据此确定水轮机导水机构的启闭时问；12.能够胜任水电生产企业水轮机调速器的运行管理和维护检修、水电施工企业水轮机调速器的安装调试等岗位工作任务；三、课程整体设计思路1、课程设置的依据水电站动力设备与管理专业毕业生主要就业岗位群之一为水力发电行业，从事机电设备的运行管理、维护检修、安装调试等工作（岗位〕。
而水轮机调速器是水电站机电设备的重要组成部分，承担着保证电站安全可靠生产及电能频率质量指标的任务。
为了保证学生水轮机调速器的运行管理、维护检修、安装调试等技能，胜任水力发电行业岗位的工作需求，特设置该门课程。
2、课程目标、内容制定的依据课程目标、内容制定的依据来自企业生产一线的岗位能力调研。
机电设备运行与维护专业毕业生主要就业岗位群之一为水力发电行业，从事机电设备的运行管理、维护检修、安装调试等工作岗位、就职于水力发电站的有运行管理岗位和检修岗位，就职于水电施工企业的有安装检修调试岗位。
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。
水轮机自动调节课程设计
水轮机自动调节课程设计1. 简介水轮机是一种常见的水力发电设备，在电力系统中扮演着重要的角色。
然而，在长期运行过程中，水轮机参数的变动会导致其性能发生变化。
为了保证水轮机的运行效率，人们需要对其进行自动调节。
本文将介绍一个水轮机自动调节课程设计方案。
2. 设计目标本课程设计的目标是让学生掌握水轮机自动调节的原理和方法，并利用所学知识设计一个简单的水轮机自动调节系统。
具体来说，设计目标包括：•理解水轮机自动调节系统的基本原理和组成结构•掌握水轮机性能参数的测量和分析方法•学习PID控制器的基本原理和调节方法•利用所学知识设计一个水轮机自动调节系统，并进行调试与测试3. 设计内容3.1 水轮机性能参数的测量在进行水轮机自动调节之前，需要先了解水轮机的性能参数，例如转速、流量、水头等。
学生将利用传感器和数据采集卡实现对这些参数的测量，并对测得的数据进行分析和处理。
3.2 PID控制器的调节PID控制器是水轮机自动调节系统的核心组成部分。
学生将学习PID控制器的基本原理和调节方法，包括调节参数的选择和调试等。
3.3 水轮机自动调节系统的设计在掌握了水轮机性能参数测量和PID控制器调节方法后，学生将根据设计要求设计一个水轮机自动调节系统，并进行系统搭建和调试。
3.4 系统测试与评估为了验证水轮机自动调节系统的性能，学生将进行系统测试和评估，并对测试结果进行分析和总结。
4. 教学方法本课程设计采用“理论+实践”的教学模式。
具体来说，将采用如下教学方法：•理论授课：介绍水轮机自动调节系统的基本原理和组成结构，讲解水轮机性能参数的测量和分析方法，讲解PID控制器的基本原理和调节方法。
•实验指导：通过模拟实验和实际实验等方式，对学生进行实验指导，帮助学生掌握水轮机自动调节系统的设计和调试方法。
•论文撰写：要求学生根据设计要求撰写相关的论文，包括设计思路、实验方案、实验结果和结论等。
•作业评定：要求学生提交实验报告，并对提交的报告进行评定，评定标准包括报告内容、技术实现、实验结果和分析总结等。
水轮机调节实验指导书
一、试验目的 1、试验调速器整机静特性曲线，即 Y=F（n）。 2、根据静特性曲线求取永态转差系数 bp 值，转速死区 ix，灵敏度ε。 3、通过实验校核永态转差系数 bp 值和调速系数的稳定性。 二、试验要求 1、试验在实际机组上进行，油压保持正常。 2、试验时，bp=6％，开环增益为整定值。切除人工死区，bt、Td 和 Tn 为最 小值或 KD 为最小值，KI 为最大值，KP 为中间值，频率给定为额定值。 3、在试验过程中，只允许频率（转速）单方向变化，即不允许中途有 4、试验单程测点不少于十个，且如果 1/4 的测点不再同一直线上，试验无 效。 三、试验原理 1、实验原理框图
而后逐步地每次降低频率（0.4%~0.6%） fr （即 0.2~0.3Hz），并记录稳定时的接
力器活塞行程和对应得频率值，直到接力器行程的 95%（不得顶到头）。 4．随后，升高频率，进行反方向测试，直到接力器活塞关至行程的 5%为止，
此时完成试验的全过程。并重复 2~3 次。 注意：上述测试过程中，频率变化不得与测试方向相反，如出现反向变化，
热能与动力工程专业（水动方向）
水轮机调节实验指导书
罗南华 郭瑞 编写
能源动力工程学院水轮机调节课程组
第一部分 YWT-M-6000 调速器的组成及动作原理
一、概述 YWT—M 系列伺服电机时可编程调速器是一种高性能可编程控制器作为调 速器硬件主体，用伺服电机做电极转换部件，以机械液压随动装置作为执行机构 的中小型水轮机调速器。该型调速器中没有采用耗油量大、抗油污能力差的电液 转换器，取消了机构复杂、调整困难的机械开度限制机构，用电气回路实现开度 限制功能。采用武汉星联公司自主开发并申请专利的电液执行机构作为执行部 件。该调速器不仅技术性能优越，而且机构新颖、结构简单、抗油污能力强、静 态耗油量小；而且提供一个便于将已大量投入运行的 YT 系列和 CT—40 型机械 液压调速器改造成微机调速器的电液执行机构的技术改造方案，是一种新型水轮 机调速设备。 该调速器由四大部分组成。其系统原理框图如图 A—1 所示：
水轮机自动调节课程设计 (2)
水轮机自动调节课程设计1. 课程介绍本课程旨在为机电类专业学生介绍水轮机自动调节的基本概念、原理和方法，并通过课堂教学和实验操作，加深学生对水轮机自动调节的理解和掌握。
2. 教学目标学生将在本课程中学习到以下内容：•水轮机自动调节的基本概念•水轮机自动调节的动态特性分析方法•水轮机自动调节系统的设计和调试方法3. 教学内容3.1 水轮机自动调节的基本概念1.水轮机自动调节的作用及必要性2.水轮机自动调节的分类和应用领域3.水轮机自动调节的基本组成部分3.2 水轮机自动调节的动态特性分析方法1.水轮机自动调节系统的传递函数2.水轮机自动调节系统的稳态误差分析3.水轮机自动调节系统的稳定性分析3.3 水轮机自动调节系统的设计和调试方法1.水轮机自动调节系统的设计流程2.水轮机自动调节系统的硬件与软件设计方法3.水轮机自动调节系统的调试方法及实验操作4. 实验内容1.水轮机自动调节系统的仿真实验2.水轮机自动调节系统的硬件设计及实现3.水轮机自动调节系统的软件设计与调试5. 课程评估本课程将通过学生的课堂表现、实验报告和总结性论文等来进行评估。
学生需要完成以下任务：1.完成课堂作业和出勤率达到100%2.独立完成一篇实验报告并进行现场演示3.独立完成一篇总结性论文，收集和分析相关文献资料，并对本课程进行反思和总结6. 参考文献1.李宗祥. 水轮机调速器理论与实践[M]. 北京: 人民邮电出版社,2001.2.刘海亮, 邢淑平. 电力水轮机控制系统研究[M]. 北京: 中国电力出版社, 2016.3.祝士俊. 水电站电气自动化及监视系统[M]. 武汉: 华中科技大学出版社, 2008.以上参考文献都是与本课程内容相关且较为经典的著作，学生可以根据自己的需求选择适合自己的阅读材料。
水轮机调节教案1
课时授课计划授课顺序 1 教研室主任或系主任意见：
（签名）年月日授课日期2015.3.3
专业班次水动1311
基本课题：错误！未指定书签。
认识水轮机调节、调速器的分类
目的要求：了解水轮机调节的任务；
如何进行水轮机调节；
调速器的分类。
重点：用户对电能质量的要求
如何对水轮机进行调节
难点：如何对水轮机进行调节
教学方法：多媒体课件
教学手段：问答、讲解
教参：狮子滩电厂《水力机械技术标准》、江口电厂、狮子滩电站、下硐电站《运行规程》、周林、侯世英等主编《自动控制理论基础》
教学环节及组织：
（一）、组织教学
介绍本课程特点、要求
（二）、新课引入：
什么是水轮机调节
电能的特点
水轮调节的任务
水轮机发电过程分析
两种形式水轮机介绍
水轮机调节的特点
调速器的分类
（三）、小结：
水轮机调节的任务
水轮机调节的途径
课堂交流：
水轮机有哪些分类？
励磁系统的作用？
课外作业及思考题：
对水轮机调速器的发展历程进行介绍。
A4一页。
课后记载：
编写教师罗远福（签名）编写日期 2015年3月2日。
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查《水力机电设计手册》P255双直缸接力器的总容积：
2
初步选择主配压阀直径时，查《水力机电设计手册》P253式（6-3）知可按下式计算：
式中：V—导水机构或折向器接力器的总容积( )
v—管路中油的流速，一般取 此处去4m/s
—接力器关闭时间（s）
参照BWT系列微机调速器技术说明书选取主配压阀标准直径为80mm。
0.106
0.106
0.095
6.51
0.030
2.001
3.52
12
0.758
0.078
0.079
0.071
4.82
0.022
1.488
3.01
1.
查《水力机电设计手册》P217接力器不动时间： 与甩前负荷大小有关，一般要求在甩25%负荷后接力器不动时间不大于0.2～0.3s,甩全负荷时，由于机组转速增长快， 要小一些，在计算甩全负荷时可取0.1～0.3s。
4.8
0.243
0.814
0.329
0.361
6
1.152
4.8
0.381
0.736
0.467
0.513
9
1.101
4.8
0.506
0.677
0.575
0.633
12
1.076
4.8
0.622
0.631
0.661
0.733
根据导叶直线关闭时间下的蜗壳压力上升值、尾水管压力下降值以及转速上升值进行比较。初步选定 ，此时 。
其中：导叶数z由《水轮机原理与运行》p123表7-1得z=24，再由《水轮机调节》P240表7.4得： =0.03， 由《水轮机原理与运行》p68,表4-1取0.26。
当油压装置的额定油压为4.0MPa，则接力器直径 为：
查《水力机电设计手册》P254表6-5选取导叶接力器直径550mm。
查《水力机电设计手册》P254知接力器最大行程 可按经验公式求取：
式中：
最高水头下：
额定水头下：
根据对应的转速、流量值查阅水轮机运转综合特性曲线即可得到相应的导叶开度值。
(5)确定管道特性参数
查《水轮机调节》P226知按如下计算式分别计算：
确定压力水管特性系数 :
确定水管特性系数 :
(6)压力上升计算:
由 ，查《水轮机调节》P225图7.3水击类型判别图知最大水击压力发生在末相。
（3）初选 ，则
管特性系数
引水管道内压力升高率
引水管道内压力升高率的修正值：
蜗壳内压力上升率
蜗壳内压力上升值
尾水管内的压力降低率
尾水管内的压力降低值
出现压力降低时尾水管的真空值
（4）初选 ，则
管特性系数
引水管道内压力升高率
引水管道内压力升高率的修正值：
蜗壳内压力上升率
蜗壳内压力上升值
尾水管内的压力降低率
总装机容量：560MW
特征水位：
校核洪水位：390.43m
设计洪水位：389.90m
正常蓄水位（正常运行最高水位）：389.90m
死水位：388.70m
水库调节特性：季调节
水能规划参数：Hmax=78.9m，Hmin=55.07m，Hav=71.43m，Hr=68m
压力钢管长度：120m
水轮机型号：HL220-LJ-500
c水流惯性时间常数
查《水轮机调节》P222知：
2台机组的 一样大，故只计算 机来计算单管的
表1-4 计算结果
长度
面积
流量
流速
LV
( )
蜗壳
14.5
46.73
227
4.86
70.47
尾水管
28.49
42.52
227
5.33
151.85
压力水管
120
78.54
227
1.15
380.47
d.机组惯性时间常数
水轮机额定参数：额定出力P=14500KW
额定转速
飞逸转速
吸出高度
设计流量
1.
在调整保证计算中，根据《水轮机自动调节》P220-221，压力升高和转速升高都不能超过允许值。此允许值就是进行调整保证计算的标准。
(1)甩负荷过程机组最大转速上升相对值为：
式中： 为甩负荷前机组的转速， ； 是甩负荷过程中产生的最大转速， 。《水力机电设计手册》P207中规定机组甩负荷时最大速率上升 在一般情况下不大于55%，大于此值要论证。
尾水管当量管的长度
②计算尾水管的当量过流面积
参数
参数
由 ，且 ， 得 参数
尾水管的当量过流面积
③计算尾水管的平均流速
由 得
因此，
b.蜗壳的 和
①计算蜗壳当量管的长度
本电站采用金属蜗壳，蜗壳断面为圆形，当蜗壳尾部用圆断面不能和座环蝶形边相连接时，采用椭圆形断面，蜗壳的包角为345度。
根据水头 查《水轮机原理与运行》P106图6-8金属蜗壳进口流速系数与水头的关系曲线取得: ，则:
（2）定子内径的确定
（3）定子长度lt(cm)的计算
式中C—发电机利用系数，（查《水电站机电设计手册》P160表3-5取 ）
(4) 定子铁芯外径
当 时,
当
此时：
= =13400
②计算
e.水击波速
①计算管壁厚度
按《水轮机机电设备设计手册》（水力机械）分册P208对薄壁钢管厚度的要求，薄壁钢管的计算厚度 等于 管壁的真实厚度，通常 在 ～ 的范围内，取 ，压力管管道直径为6m,带入计算有：
表1-2混凝土推荐的尾水管尺寸表
肘管型式
适用范围
2.6
4.5
2.72
1.35
1.35
0.675
1.82
1.22
混凝土肘管
混流式
表1-3混凝土标准肘管尺寸表
D1
D3
D4
h
h3
h4
h5
h6
L1
L
B5
5
5.1
6.75
13
5.89
6.75
6.1
3.35
9.1
22.5
13.6
①计算尾水管的当量长度
锥管高度 ，轴管中心线长度 ，扩散管长度 。
尾水管内的压力降低值
出现压力降低时尾水管的真空值
列出计算结果如下：
表1-5压力上升（或下降）值计算成果表
蜗壳内压力上升
尾水管压力下降
3
0.303
0.352
0.423
0.318
21.59
0.098
6.664
8.18
6
0.152
0.164
0.196
0.147
10.01
0.454
3.091
6.99
9
0.101
b.最大水头，额定出力工况，此时甩负荷一般出现最大水压上升。
对两种工况进行调节保证计算，当压力上升值和转速上升值均不超过规定范围时取其大者。
1.
参考《课程设计指导书》进行相关计算式计算：
(1)各工况下的 和
a.尾水管的 和
根据《水电站机电设计手册》（水力机械）分册表2-17查得混凝土推荐的尾水管尺寸表及混凝土标准肘管尺寸表以及《水轮机原理》课程设计尾水管数据，通过该表计算得出尾水管的基本尺寸如表2、表3中所示：
②计算水击波速
查《水力机电设计手册》P207式（5-1）知水击波速相关计算式：
取 ， ，得：
1.
查《水力机电设计手册》P212知：导叶的直线关闭时间 一般取5～10s,对大容量机组可取到15s.，此处导叶最小关闭时间分别取3s、6s、9s、12s进行计算。
计算按蜗壳允许的最大暂态压力值 取 ，则
=
由于最大水头带满负荷时的导叶开度较设计水头的小，故其关闭时间 可按下面的经验公式确定：
(2)甩负荷过程中最大压力上升值为：
式中： 为甩负荷过程中产生的最大压力，m； 为甩负荷前水电站静水头，m。
(3)规范中规定甩全负荷时，有压过水系统允许的最大压力上升率一般不应超过表1的数值。
表1-1最大压力升高限值表
电站设计水头（m）
40
40—100
>100
蜗壳允许最大压力上升率
70%—50%
50%—30%
引水管道内压力升高率
引水管道内压力升高率的修正值
蜗壳内压力上升率
蜗壳内压力上升值
尾水管内的压力降低率
尾水管内的压力降低值
出现压力降低时尾水管的真空值
（2）初选 ，则
管特性系数
引水管道内压力升高率
引水管道内压力升高率的修正值：
蜗壳内压力上升率
蜗壳内压力上升值
尾水管内的压力降低率
尾水管内的压力降低值
出现压力降低时尾水管的真空值
此处 取0.3s。
查《水力机电设计手册》P218~220按公式进行相关计算：
其中：
机组惯性时间常数:
参数：
式中：
—单位飞逸转速 （rpm）
（1）初选 ，则
由 ，解得
（2）初选 ，则
由 ，解得
（3）初选 ，则:
由 ，解得
（4）初选 ，则
由 ，解得
列出计算结果如下：
表1-6转速上升值计算成果表
C
3
1.303
小型调速器
中型调速器
大型调速器
接力器调速功(W)范围
( )
kg.m
2.2
查《水轮机调速系统选型及ＰＩＤ正交优化设计》知：
对于PID调速器，由横田浩推导公式得调速器参数为：
根据《水轮机调速器与油压装置技术条件》GBT9652.1-2007-T，微机调速器（并联PID）的调节参数和调整范围为：