水轮机调节系统空载扰动特性仿真
魏守平
一．水轮机调节系统空载扰动特性的仿真结果
GB/T 9651.1-2007《水轮机控制系统试验规程》规定：
“7.21.2自动方式空载工况下，对调速系统施加阶跃频率扰动(一般采用阶跃变化微机调速器控制器的频率给定数值)，记录机组转速、接力器行程等的过渡过程，选取转速摆动值和超调量较小、波动次数少、稳定快的一组调节参数，提供空载运行使用。在该组调节参数下，用自动记录仪记录机组 3 min（为观察到有大致固定周期的摆动，可延长至5min）的转速摆动情况，量取有大致固定周期的转速摆动幅值；重复三次，取其平均值。”
1. 仿真策略
在进行水轮机调节系统空载扰动特性的每一次仿真中，我们的仿真策略是“1个(组)仿真目标参数的3个(组)数值仿真”，也就是说，在每次仿真中，采用选择的1个(组)仿真目标参数的3个(组)数值进行，将这3个仿真的动态过程的仿真变量波形和全部仿真参数在1个仿真图形中表示。
众所周知，对应1个(组)仿真目标参数的仿真，只能得到一个孤立的动态过程；对应2个(组)仿真目标参数的仿真，可以得到互为比较的2个动态过程；而对应3个(组)仿真目标参数的3个动态过程，则为进行参数变化对动态过程影响分析，提供了更为形象直观的结果。
在本次的水轮机调节系统空载扰动特性的仿真结果中，显示了机组频率f和接力器行程y的动态波形和所有的仿真参数。动态波形的纵坐标显示了机组频率f和接力器行程y 等2个变量，机组频率f是以赫芝(Hz)为单位，接力器行程y是以相对值显示；动态波形的横坐标是时间坐标t，单位是秒s。为了便于比较、分析和研究某1个(组)参数的取值对水轮机调节系统动态特性的作用，在其他的水轮机调节系统参数相同的条件下，选定1个或1组(数个)仿真目标参数，并选择各自3个不同的数值进行仿真，同时得到与之对应的3个仿真结果。第1个(组)变量对应的仿真曲线是红色点画线，第2个(组)变量对应的仿真曲线是黑色实线，第3个(组)变量对应的仿真曲线是蓝色虚线。在仿真波形图中的仿真参数显示区，标示了仿真采用的水轮机调节系统全部参数，在参数显示区的下部用红色、黑色和蓝色标示了3个(组)仿真目标参数，它们分别与红色、黑色和蓝色的仿真动态仿真波形对应。
记空载扰动前的频率为f1、空载扰动后的频率为f2，则扰动频率偏差的绝对值为Δf=∣f2-f1∣，定义空载扰动频率调节稳定时间为：从空载频率扰动时间时起，到机组空频率进入以扰动后频率f2中心的稳定区域（f2±∣f2-f1∣*5%）的时间t E。我们在仿真波形中以频率f2为中心，标出了以(f2+∣f2-f1∣*5%)和(f2-∣f2-f1∣*5%)为纵坐标的、平行于坐标横轴的空载扰动后的稳定区域边界。在仿真动态过程波形中，还标出了接力器行程空载扰动后的稳定值y2，请注意y2与扰动频率值(f2-f1)(相对值)及自调节系数e n之间的关系。
在以下的仿真中，仿真是对于机组频率向上扰动工况进行的，也可以进行向下扰动工况的仿真，仿真结果会自动绘出空载频率扰动后的稳定区域边界。例如，当空载扰动频率为Δf==4.0Hz时，扰动前的机组稳定频率为f1=48.0Hz，扰动后的机组稳定频率为f2=52.0Hz，在仿真结果的波形图中，标出了平行于坐标横轴的机组频率f=52.2Hz的黑色实线和平行于坐标横轴的机组频率f=51.8Hz的黑色实线；当空载扰动频率为Δf=2.0Hz时，扰动前的机组稳定频率为f1=49.0Hz，扰动后的机组稳定频率为f2=51.0Hz，在仿真结果的波形图中，
标出了平行于坐标横轴的机组频率f=51.1Hz的黑色实线和平行于坐标横轴的机组频率f=50.9Hz的黑色实线。
根据工程实际中出现的问题, STFZXT-1水轮机调节仿真决策支持系统可以进行有针对性问题的水轮机调节系统仿真,为解决实际问题和改善其动态特性提供决策支持；特别是对于水电站从事水轮机调节的技术人员和水轮机调速器生产厂家的现场调试技术人员，提供了一种快速简单可靠的仿真分析手段；也是调速器生产厂家的设计人员的理想工具。
在仿真中对仿真的动态过程的动态特性性能指标进行了分析，并对其动态特性类型进行了分类(迟缓型、优良型、振荡型等)，为如何修改PID参数以优化系统动态性能提供了决策支持。
4.仿真波形及其数据存储
1).仿真动态波形在线显示的同时,系统还将仿真结果存储在c:\figure中,其上标注有仿真进行的年、月、日、时、分；仿真波形图中还有包括相应国家标准规定的性能指标在内的的辅助线，便于使用者根据国家标准判断仿真结果波形的动态性能指标。
2).与仿真波形对应的数据自动存储在C:\SDATA\KZRD\的相应同名子文件夹下仿真项
在仿真项目中设置了“仿真标注”变量。“仿真标注”变量为空时，仿真结果中没有显示；针对具体水电站的某台机组仿真，可以键入“[###水电厂#号机]”、“[仿真人员]”或[仿真简要说明]，在仿真结果波形图上会显示相应内容。
6. 仿真参数显示选项DS
在仿真中引入了“仿真参数显示选项DS”变量，用于选择仿真图形中是否显示全部仿
真参数：
* DS=1：显示全部仿真动态波形和仿真参数，适合显示比例1.0：1.0。
DS=1(显示比例1.0：1.0)
DS=1(显示比例0.5：0.5)
* DS< >1：显示全部仿真动态波形和仿真过程特征值，适当增大动态波形曲线粗度、坐标数字字体和文字字体，便于使用者将仿真波形图缩小尺寸，以便用撰写文章的插图和某些技术资料，适合显示比例0.66：0.66或0.5：0.5，在仿真结果右上角显示了仿真项目
名称的代号(仿真目标参数)， KZRD(K P)：空载扰动(比例增益)。
DS< >1(显示比例0.66：0.66)
DS< >1(显示比例0.5：0.5)
为了适应空载扰动过程的向上向下扰动和不同的频率扰动数值，在仿真参数中，设置了可以修改的仿真结果动态波形图的坐标最大值fmax和坐标最小值fmin。仿真结果动态波形图中的仿真参数显示区，会随着坐标最小值fmin的设定而跟随移动。恰当地选择波形图的坐标最大值fmax和坐标最小值fmin的数值，可以使仿真结果动态波形图的显示布局更为合理和清晰。
二．从机组空载频率扰动试验求机组自调节系数e n
对于上图：频率扰动的相对值为Δf=0.08，其绝对值为4.0Hz ； 空载扰动前的接力器开度为y 1=0.15。 第1个e n =0.5(图中的红色点画线波形)，Δy =0.04，空载扰动后的接力器开度稳定值为y 21=0.19。
第2个
e n =1.0(图中的黑色实线波形)，Δy=0.08，空载扰动后的接力器开度稳定值为y 22=0.23。
第3个
e n =1.5(图中的蓝色双画线波形)，Δy=0.12，空载扰动后的接力器开度稳定值
为y 23=0.27。
所以,利用空载扰动过程中的接力器行程与机组自调节系数e n 的上述关系，可以在水电站根据空载扰动试验的结果，按照空载扰动前后的频率扰动的相对值值Δy 和接力器行程差值的相对值
Δy= y 2- y 1，方便地求出被试机组在该空载工况的机组自调节系数
e n
的数值(/n e y f =??)。
1). 在同一组调速器参数和其他的被控制系统参数情况下，机组自调节系数e n 的数值，对于水轮机调节系统的机组空载扰动特性有一定的影响，特别是接力器行程的静态稳定值与机组自调节系数e n 密切相关。
2). 记频率扰动量的相对值为Δf，则有对应的接力器行程的稳态增量的相对值为Δy，其间关系为：
Δy=Δf*e n ，或者e n =Δy/Δf 。
对于上图，我们可以得到下列结果：
频率扰动的相对值为Δf =0.08，其绝对值为4.0Hz ； 空载扰动前的接力器开度为y 1=0.15。
对于
e n =0.5(图中的红色点画线波形)，Δy =0.08*0.5=0.04，空载扰动后的接力器开
度稳定值为y 21=0.15+0.04=0.19；
对于
e n =1.0(图中的黑色实线波形)，Δy =0.08*1.0=0.08，空载扰动后的接力器开度
稳定值为y 22=0.15+0.08=0.23；
对于e n
=1.5(图中的蓝色双画线波形)，Δy =0.08*1.5=0.12，空载扰动后的接力器开度稳定值为y 23=0.15+0.12=0.27；
所以,利用空载扰动过程中的接力器行程与机组自调节系数e n 的上述关系，可以在水
电站根据空载扰动试验的结果，按照空载扰动前后的频率扰动的相对值值Δy 和接力器行程差值的相对值Δy= y 02- y 01，方便地求出被试机组在该空载工况的机组自调节系数e n 的数值(/n e y f =??)。
在不知道机组自调节系数时e n ，可以调整机组自调节系数时e n 的数值，使仿真的波形与研究的电站机组实际动态波形相近，便于进行进一步的仿真。对于机组并入电网运行，仿真中e n 的参数是电网的自调节系数，他还包含了负载的自调节因素。可惜的是他的数值是随负荷性质变化，是无法准确知道的。
三．水轮机调节系统的3种典型空载扰动特性
对接力器运动过程中起到速率限制的接力器开启时间T g 和接力器关闭时间T f 、对接力器运动过程中起到极端位置限制的接力器完全开启位置(y=1.0)和接力器完全关闭位置(y=0)等，是接力器运动过程中的主要非线性因素。如果按照水轮机调节系统运行和试验中的动态过程中，接力器运动是否进入了上述接力器的非线性区域，来划分水轮机调节系统动态过程特征，我们可以将水轮机调节系统运行和试验中的动态过程划分为大波动(大扰动)和小波动(小扰动)动态过程。水轮机调节系统的机组甩负荷、空载频率扰动、机组开机和机组孤立电网运行特性是属于大波动特征的动态过程，机组空载频率波动、接力器不动时间和机组电网一次调频特性是属于小波动特征的动态过程。
基于对众多水轮机调节系统的现场试验资料和仿真结果的整理和分析，我们将水轮机调节系统机组空载扰动的典型动态过程的形态，划分为迟缓型(Slow Type ，以下简称S 型(迟缓型))、优良型(Better Type ，以下简称B 型(优良型))和振荡型(Oscillatory Type ，以下简称O 型(振荡型))等3个典型形态的动态过程，以便于进一步研究水轮机调节系统扰动型动态过程的机理和寻求改善其动态过程性能的方法。
1. S 型(迟缓型)机组空载扰动动态特性
在机组空载频率扰动动态过程中，接力器的运动幅度过小，接力器到达扰动后的稳定行程值缓慢，接力器到达运动极值后，可能单调地趋近扰动后的接力器行程稳定值。
在机组空载频率扰动的动态过程中，机组频率趋近于扰动后频率稳定值的速度过慢，但是，扰动后期可能出现较大的频率超调现象，机组频率调节稳定时间长。
过小的比例增益K P 和/或积分增益K I 取值，水轮机调节系统空载扰动特性的缓慢特征加重，系统稳定时间加长。
2. B 型(优良型)机组空载扰动动态特性
在机组空载频率扰动动态过程中，接力器运动的幅度适中，接力器行程到达扰动后稳定值的速度快，接力器行程快速单调地到达扰动后接力器行程的稳定值，或者出现一个很小的超过接力器行程稳定值的过调值，并迅速地到达接力器行程稳定值。
在机组空载频率扰动的动态过程中，机组频率趋近于扰动后频率稳定值的速度快，机组频率单调快速地趋近扰动后的频率稳定值，或者出现一个很小的超过机组频率稳定值的过调值并迅速地到达机组频率稳定值，机组频率调节稳定时间短。
3. O 型(振荡型)机组空载扰动动态特性
在机组空载频率扰动动态过程中，接力器运动的幅度过大，接力器行程到达运动极值
后，以较大的震荡形态趋近于接力器扰动后的稳定值，接力器行程调节稳定时间长。
在机组空载频率扰动的动态过程中，机组频率趋近于扰动后频率稳定值的速度过快，以至于出现较大的频率超调现象，机组频率调节稳定时间长。
过大的比例增益K P和/或积分增益K I取值，水轮机调节系统空载扰动特性的振荡趋势加强，有可能使得系统出现不稳定状态。
机组空载扰动动态特性的分类见表1。
表1 水轮机调节系统空载扰动动态特性的类型
四．水轮机调节系统空载扰动特性仿真项目
1. 调速器比例增益(K
P
)对水轮发电机组空载扰动特性影响仿真
2. 调速器积分增益(K
I
)对水轮发电机组空载扰动特性影响仿真
3. 调速器微分增益(K
D
)对水轮发电机组空载扰动特性影响仿真
4. PID参数对水轮发电机组空载扰动特性影响仿真
5. 水流修正系数(ky)对水轮发电机组空载扰动特性影响仿真
6. 接力器响应时间常数(T
y
)对水轮发电机组空载扰动特性影响仿真7. 频率向上扰动/向下扰动的空载扰动特性(PID参数)影响仿真
8. 频率向上扰动/向下扰动的空载扰动特性(接力器关闭时间T
f 、开启时间T
g
)
影响仿真
9. 水轮机发电机组自调节系数(e
n
)对水轮发电机组空载扰动特性影响仿真
10. 机组惯性时间常数(T
a
)对水轮发电机组空载扰动特性影响仿真
11．水流惯性时间常数(T
w
)对水轮发电机组空载扰动特性影响仿真
五．水轮发电机组空载频率扰动特性综合分析
1 对水轮发电机组空载扰动特性的主要要求
GB/T 9651.1-2007《水轮机控制系统试验规程》规定：“自动方式空载工况下，对调速系统施加频率阶跃扰动，记录机组转速、接力器行程等的过渡过程，选取转速摆动值和超调量较小、波动次数少、稳定快的一组调节参数，提供空载运行使用。”
在工程实际中，对水轮发电机组空载扰动特性的主要求是，通过试验和仿真确定一组较好的调速器PID参数，使得对于机组频率阶跃扰动的机组频率(转速)动态过程具有下列B
型动态性能：
恰当地选择调速器的PID参数，使机组频率对于频率阶跃扰动的响应过程，使其机组频率有一个 (2~5)%频率扰动量的超调量的、调节时间短的动态过程。例如，扰动前机组频率为48.0HZ，当频率扰动为+4Hz时，扰动后机组频率终值为52.0HZ，机组频率的动态过程应该是一个有微小频率超调量的动态过程，即从扰动开始，机组频率由48HZ上升到数值为(52.08Hz~52.20Hz)的峰值后，以较快的速度单调地趋近并稳定于频率扰动后的终值52.0Hz。当然，由于机组空载频率扰动是一个数值较大的扰动，接力器已经进入其速率限制(接力器开启时间T g和关闭时间T f)的非线性区域，所以，如果一个系统采用不同的频率扰动值(4Hz、2 Hz、1 Hz…)，其对应的机组空载频率扰动的频率响应过程也是有微小差异的。
当然，确定的这一组调速器的PID参数，必须使机组空载频率波动特性满足相应国家技术标准的要求。
2 关于空载频率扰动工况下的调速器PID参数选择
理论分析和水电站试验经验表明，机组空载频率扰动工况下调速器的PID参数的选择与被控制系统的特性有关，也就是与机组水流时间常数T w、机组惯性时间常数T a和机组惯性比率R I=(T w/T a)有关。
理论分析和水电站试验经验表明：
调速器比例增益K P的数值，与机组水流时间常数T w和机组惯性时间常数T a的比值(即机组惯性比率R I)成反比。调速器比例增益K P的数值过大，对应的空载频率扰动特性就可能呈现为O型(振荡型)空载频率扰动特性；调速器比例增益K P的数值过小，对应的空载频率扰动特性就可能呈现S型(迟缓型)空载频率扰动特性。
调速器积分增益K I的数值与机组水流时间常数T w的平方成反比、与机组惯性时间常数T a成正比；或者等效地说，调速器积分增益K I的数值与水流时间常数T w和机组惯性比率R I 的乘积成反比。调速器积分增益K I的数值过大，对应的空载频率扰动特性就可能呈现为O 型(振荡型)空载频率扰动特性；调速器积分增益K I的数值过小，对应的空载频率扰动特性就可能呈现S型(迟缓型)空载频率扰动特性。
调速器微分增益K D的数值与机组惯性时间常数T a成反比。
当然，如果考虑到机组运行水头等因素的作用，要采用机组水流修正系数K Y对机组水流时间常数T w修正进行，上述关系就更为复杂了。
3 关于不同的被控制系统的机组空载频率扰动过程动态特性
从工程实际应用来看，混流式水轮发电机组的一般特性是，机组水流时间常数T w小，机组惯性时间常数T a大，因而机组惯性比率R I小。所以，适应混流式水轮发电机组特性的调速器PID参数的特点是，选用较大的调速器比例增益K P、大的调速器积分增益K I和小的调速器微分增益K D。
灯泡贯流式水轮发电机组的一般特性是，机组水流时间常数T w大，机组惯性时间常数T a小，因而机组惯性比率R I大。所以，适应灯泡贯流式水轮发电机组特性的调速器PID参数的特点是，选用小的调速器比例增益K P、小的调速器积分增益K I和大的调速器微分增益K D。
轴流转桨流式水轮发电机组的一般特性是，机组惯性时间常数T a较大，机组水流时间常数T w较小，因而机组惯性比率R I的数值较大。所以，适应灯泡贯流式水轮发电机组特性的调速器PID参数的特点是，选用较大的调速器比例增益K P、较大的调速器积分增益K I和较小的调速器微分增益K D。
所以，对应于水轮机调节系统的不同被控制系统(不同的机组惯性比率R I)的较好的调速器PID参数，是有很大的差别的。
理论分析、电站试验和仿真结果表明，与机组惯性比率R I相应的较好的调速器PID参
数的总体规律是：机组惯性比率R I数值大，与较好的空载扰动动态过程特性对应的比例增益K P和积分增益K I数值较小；机组惯性比率R I数值小，与较好的空载扰动动态过程特性对应的比例增益K P和积分增益K I数值较大。
六. 参考文献
1 中华人民共和国国家标准GB/T 9652.1－2007《水轮机控制系统技术条件》
2 中华人民共和国国家标准GB/T 9652.2－2007《水轮机控制系统试验规程》
3 中华人民共和国机械行业标准JB/T 8191-2008 电工术语《水轮机控制系统》4．魏守平著水轮机调节系统仿真华中科技大学出版社20011年9月5．魏守平编著水轮机调节华中科技大学出版社2009年7月
6．魏守平著水轮机控制工程华中科技大学出版社2005年7月
7．魏守平著现代水轮机调节技术华中科技大学出版社2002年.1月
水轮机的选型设计 水轮机选型时水电站设计的一项重要任务。水轮机的型式与参数的选择是否合理，对于水电站的功能经济指标及运行稳定性，可靠性都有重要影响。 水轮机选型过程中，一般是根据水电站的开发方式，功能参数，水工建筑物的布置等，并考虑国内外已生产的水轮机的参数及制造厂的生产水平，拟选若干个方案进行技术经济的综合比较，最终确定水轮机的最佳型式与参数。 一：水轮机选型的内容，要求和所需资料 1：水轮机选择的内容 （1）确定单机容量及机组台数。 （2）确定机型和装置型式。 （3）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。对于冲击式水轮机，还包括确定射流直径与喷嘴数等。（4）绘制水轮机的运转综合特性曲线。 （5）估算水轮机的外形尺寸，重量及价格。 wertyp9 ed\结合水轮机在结构、材质、运行等方面的要求，向制造厂提出制造任务书。 2.水轮机选择的基本要求 水轮机选择必须要考虑水电站的特点，包括水能、水文地质、工程地质以及电力系统构成、枢纽布置等方面对水轮机的要求。在几个可能的方案中详细地进行以下几方面比较，从中选择出技术经济综合指标最优的方案。 （1）保证在设计水头下水轮机能发生额定出力，在低于设计水头时机组的受阻容量尽可能小。 （2）根据水电站水头的变化，及电站的运行方式，选择适合的水轮机型式及参数，使电站运行中平均效率尽可能高。 （3）水轮机性能及结构要能够适应电站水质的要求，运行稳定、灵活、可靠，有良好的抗空化性能。在多泥沙河流上的电站，水轮机的参数及过流部件的材质要保证水轮机具有良好的抗磨损，抗空蚀性能。 （4）机组的结构先进、合理，易损部件应能互换并易于更换，便于操作及安装维护。 （5）机组制造供货应落实，提出的技术要求要符合制造厂的设计、试验与制造水平。 （6）机组的最大部件及最重要部件要考虑运输方式及运输可行性。 3.水轮机选型所需要的原始技术材料 水轮机的型式与参数的选择是否合理、是否与水电站建成后的实际情况相吻合，在很大程度上取决于对原始资料的调查、汇集和校核。根据初步设计的深度和广度的要求，通常应具备下述的基本技术资料： （1）枢纽资料：包括河流的水能总体规划，流域的水文地质，水能开发方式，水库的调节性能，水利枢纽布置，电站类型及厂房条件，上下游综合利用的要求，工程的施工方式和规划等情况。还应包括严格分析与核准的水能基本参数，诸如电站的最大水头Hmax、最小水头Hmin,加权平均水头Ha，设计水头Hr，各种特征流量Qmin、Qmax、Qa,典型年（设计水平年，丰水年，枯水年）的水头、流量过程。此外还应有电站的总装机容量，保证出力以及水电站下游水位流量关系曲线。 （2）电力系统资料：包括电力系统负荷组成，设计水平年负荷图，典型日负荷
淮海工学院课程设计报告书 课程名称：通信系统的计算机仿真设计 题目：QPSK通信系统性能分析 与MATLAB仿真 学院：电子工程学院 学期：2013-2014-2 专业班级： 姓名： 学号： 评语： 成绩： 签名： 日期：
QPSK通信系统性能分析与MATLAB仿真 1 绪论 1.1 研究背景与研究意义 数字信号传输系统分为基带传输系统和频带传输系统,频带传输系统也叫数字调制系统,该系统对基带信号进行调制,使其频谱搬移到适合在信道(一般为带通信道)上传输的频带上。数字调制和模拟调制一样都是正弦波调制,即被调制信号都为高频正弦波。数字调制信号又称为键控信号,数字调制过程中处理的是数字信号,而载波有振幅、频率和相位3个变量,且二进制的信号只有高低电平两个逻辑量即1和0,所以调制的过程可用键控的方法由基带信号对载频信号的振幅、频率及相位进行调制,最基本的方法有3种:正交幅度调制(QAM) 、频移键控( FSK) 、相移键控( PSK) 。根据所处理的基带信号的进制不同分为二进制和多进制调制(M进制) 。 本实验采用QPSK。QPSK是英文Quadrature Phase Shift Keying的缩略语简称，意为正交相移键控，是一种数字调制方式。在19世纪80年代初期人们选用恒定包络数字调制。这类数字调制技术的优点是已调信号具有相对窄的功率谱和对放大设备没有线性要求不足之处是其频谱利用率低于线性调制技术。19世纪80年代中期以后四相绝对移相键控(QPSK)技术以其抗干扰性能强、误码性能好、频谱利用率高等优点广泛应用于数字微波通信系统、数字卫星通信系统、宽带接入、移动通信及有线电视系统之中。 1.2 课程设计的目的和任务 目的在于使学生在课程设计过程中能够理论联系实际，在实践中充分利用所学理论知识分析和研究设计过程中出现的各类技术问题，巩固和扩大所学知识面，为以后走向工作岗位进行设计打下一定的基础。 课程设计的任务是： (1)掌握一般通信系统设计的过程，步骤，要求，工作内容及设计方法，掌握用计算机仿真通信系统的方法。 (2)训练学生网络设计能力。 (3)训练学生综合运用专业知识的能力，提高学生进行通信工程设计的能力。1.3 可行性分析 QPSK是英文Quadrature Phase Shift Keying的缩略语简称，意为正交相移键控，是一种数字调制方式。在19世纪80年代初期,人们选用恒定包络数字调制。这类数字调制技术的优点是已调信号具有相对窄的功率谱和对放大设备没有线性要求,不足之处是其频谱利用率低于线性调制技术。19世纪80年代中期以后,
一、水轮机选型计算的依据及其基本要求.....................................................................1 1 水轮机选型时需由水电勘测设计院提供下列原始数据.................................1 2 水轮机选型计算应满足下述基本要求......................................................1 二、反击式水轮机基本参数的选择计算..................................................................1 1 根据最大水头及水头变化范围初步选定水轮机的型号.................................1 2 按已选定的水轮机型号的主要综合特性曲线来计算转轮参数.................................1 3 效率修正..........................................................................................4 4 检查所选水轮机工作范围的合理性.........................................................4 5 飞逸转速计算....................................................................................5 6 轴向推力计算....................................................................................5 三、水斗式水轮机基本参数的选择计算......................................................10 1 水轮机流量.......................................................................................10 2 射流直径d 0.......................................................................................10 3 确定D1/d 0.......................................................................................10 4 水轮机转速n ....................................................................................10 5 功率与效率................................................................................................11 6 飞逸转速..........................................................................................12 7 水轮机的水平中心线至尾水位距离A ......................................................12 8 喷嘴数Z 0的确定....................................................................................12 9 水斗数目Z1的确定.................................................................................12 10 水斗和喷嘴的尺寸与射流直径的关系...................................................13 11 引水管、导水肘管及其曲率半径.........................................................13 12 转轮室的尺寸..............................................................................14 A 水机流量..........................................................................................17 B 射流直径.............................................................................................17 C 水斗宽度的选择..........................................................................................17 D D/B 的选择.............................................................................................17 E 水轮机转速的选择.......................................................................................17 F 单位流量的计算..........................................................................................17 G 水轮机效率................................................................................................18 H 飞逸转速................................................................................................18 I 转轮重量的计算..........................................................................................18 四、调速器的选择.............................................................................................20 1 反击式水轮机的调速功计算公式.....................................................................20 2 冲击式水轮机的调速功计算公式.....................................................................20 五、阀门型号、大小的选择.................................................................................21 1 球阀的选择................................................................................................21 2 蝴蝶阀的选择 (22) 目 录
保证出力与额定出力之间有什么关系，他们之间的区别是什么？分别怎样计算？ 保证出力指的是机组在各个运行水头稳定运行的出力范围。有最大保证出力，也有最小保证出力。各种机型的保证出力是不一样的。比如混流式的保证出力定义是：在最小到最大水头范围内水轮机出力是45~100%。那么最大保证出力就是某水头时的100%，最小出力为最大出力的45%。保证出力受能量性能（效率），气蚀等诸多因素的影响。例如，某水轮机出力在设计水头下为8333kw，那么，在这个水头下最大出力就8333kw,最小出力就是8333X45%=3750kw.。以上最大最小出力在行业规范中有具体的规定。额定出力是指机组在最优工况点的出力（既选择的运转特性曲线上效率最大点的水头和流量）。设计出力指的是在设计点的出力（设计水头，设计流量，设计效率）。 出力计算公式：N=9.81QHη（千瓦） 其中：9.81是水的比重常数 Q—通过水轮机的流量（立方米/秒） H—水轮机的工作水头（米） η—水轮机的工作效率（％） 水轮机的线型特性曲线可用转速特性曲线、工作特性曲线及水头特性曲线三种不同形式表示。线型特性曲线具有简单、直观等特点，所以常用来比较不同型式水轮机的特性。 一、转速特性曲线 转速特性曲线表示水轮机在导水叶开度、叶片转角和水头为某常数时，其他参数与转速之间的关系。在水轮机的模型试验中，常规的做法是保持一定的水头，通过改变轴上的负荷（力矩）来改变转速，达到调节工况的目的。故整理模型试验的数据时，以转速特性曲线最为方便，水轮机的其他特性曲线，实际上都是从转速特性曲线换算而得。 如图下图所示。由水轮机转速特性曲线可以看出水轮机在不同转速时的流量、出力与效率，还可以看出水轮机在某开度时的最高效率、最大出力及水轮机的飞逸转速。
院校：河北工程大学水电学院专业班级：水利水电建筑工程01班姓名：苏华 学号： 093520101 指导老师：简新平
水电站水轮机的选型设计 摘要 本说明书共七个章节，主要介绍了大江水电站水轮机选型，水轮机运转综合特性曲线的绘制，蜗壳、尾水管的设计方案和工作原理以及调速设备和油压装置的选择。主要内容包括水电站水轮机、排水装置、油压装置所满足的设计方案及控制要求和设计所需求的相关辅助图和设计图。系统的阐明了水电站相关应用设备和辅助设备的设计方案的步骤和图形绘制的方法。 关键词： 水轮机、综合运转特性曲线图、蜗壳、尾水管、调速器、油压装置。 【abstract】 Curriculum project of hydrostation is a important course and practical process in curriculum provision of water-power engineering major . There are more contents and specialized knowledge in the curriculum project , which make students not to adapt themselves quickly to complete the design . In this paper , characteristic of the curriculum project is analyzed , causes of inadaptation to the curriculum project in students are found , rational guarding method are proposed , and a example of applying the guarding method is given . The results show that using provided method to guard student design is a good method , when teaching mode and time chart are given , students are guarded from mode of thinking and methodology , and design step are discussed and given . After the curriculum project of hydrostation , the capability of students to solve practical engineering problems is improved , and the confidence to engage in design is strengthened . 【Keyword】 Curriculum project of hydrostation ; guarding method ; mode of thinking ; methodology; design step.
实例13 汽车悬架双质量系统的传递特性仿真研究 根据汽车理论可知悬架双质量系统微分方程为 0)()()(0)()(1212111121222=-+-+-+=-+-+q z k z z k z z c z m z z k z z c z m t (13-1) 对式（13-3）和式（13-4）进行拉氏变换并整理，可得 t t qk k cs z k k cs s m z k cs z k cs s m z ++=++++=++)()()()(22 111222 (13-2) 由上式可得2z 和1z 之间的传递函数为 k cs s m k cs z z s G +++== 2 2121)( (13-3) 另,,,2 132221t t k k cs s m A k k cs s m A k cs A +++=+++=+=将(13-3)代入(13-2),可得到 1z 与路面激励q 的传递函数为 N k A A A A k A q z s G t t 2212321 2)(=-== (13-4) 13.1 车身位移z 2与路面激励位移q 的传递函数 现在可分析车轮与车身双质量系统的传递函数。由式（13-3）（13-4）相乘可以得到车 身位移z 2与路面激励位移q 的传递函数为 N k A s G s G q z s G t 1212 )()()(=== （13-5） 由于传递函数分母为高阶多项式相乘，计算量比较大，因此可利用MATLAB 多项式计算函 数求出分母N 的系数。具体程序如下：
m2=317.5; m1=45.4; k=22000; kt=192e3; c=1.5e3; a1=[c k]; a2=[m2 c k]; a3=[m1 c k+kt]; n1=conv(a3,a2); N1=poly2sym(n1); n2=conv(a1,a1); N2=poly2sym(n2); nn=N1-N2; pretty(nn); a1=[c*kt k*kt]; den=[28829/2,544350,68943800,288000000,4224000000]; sys=tf(a1,den); w=0.1:.1:100; >> figure(1) >> [h,w1]=freqs(a1,den,w); >> freqs(a1,den,w); 运行可得到传递函数表达式以及传递函数的频率响应特性图： Transfer function: 2.88e008 s + 4.224e009 ------------------------------------------------------------------- 1.441e004 s^4 + 544350 s^3 + 6.894e007 s^2 + 2.88e008 s + 4.224e009 10 10 10 10 Frequency (rad/s) P h a s e (d e g r e e s ) 10 10 10 10 10 10 10 10 1 Frequency (rad/s) M a g n i t u d e
第六章水轮机选型设计 由于各开发河段的水力资源和开发利用的情况不同，水电站的工作水头和引用流量范围也不同，为了使水电站经济安全和高效率的运行，就必须有很多类型和型式的水轮机来适应各种水电站的要求。 水轮机由于它自身能量特性、汽蚀特性和强度条件的限制，每种水轮机适用的水头和流量范围比较窄，要作出很多系列和品种（尺寸）的水轮机，设计、制造任务繁重，生产费用和成本也大。因此有必要使水轮机生产系列化、标准化和通用化，尽可能减少水轮机系列，控制系列品种，以便加速生产、降低成本。在水电站设计中按自己的运行条件和要求选择合适的水轮机。 一、水轮机选型设计的任务及内容 1．任务 水轮机是水电站中最主要动力设备之一，影响电站的投资、制造、运输、安装、安全运行、经济效益，因此根据H、N的范围选择水轮机是水电站中主要设计任务之一，使水电站充分利用水能，安全可靠运行。每一种型号水轮机规定了适用水头范围。水头上限是根据该型水轮机的强度和汽蚀条件限制的，原则上不允许超过；下限主要是考虑到使水轮机的运行效率不至于过低。 2．内容 (1) 确定机组台数及单机容量 (2) 选择水轮机型式（型号）及装置方式 (3) 确定水轮机的额定功率、转轮直径D1、同步转速n、吸出高度H s、安装高程Z a 、飞逸转速、轴向水推力；冲锤式水轮机，还包括喷嘴数目Z0、射流直径d0等。 (4) 绘制水轮机运转特性曲线 (5) 估算水轮机的外形尺寸、重量及价格、蜗壳、尾水管的形式、尺寸、调速器及油压装置选择 (6) 根据选定水轮机型式和参数，结合水轮机在结构上、材料、运行等方面的要求，拟定并向厂家提出制造任务书，最终由双方共同商定机组的技术条件，作为进一步设计的依据。 二、选型设计 1．水轮机选型设计一般有三种基本方法 (1) 水轮机系列型谱方法: 中小型水电站水轮机选多此种方法或套用法。
使用Multisim进行电路频率响应分析 作者：XChuda Multisim的AC Analysis功能用于对电路中一个或多个节点的电压/电流频响特性进行分析，画出伯德图。本文基于Multisim 11.0。 1、实验电路 本例使用如图的运放电路进行试验。该放大电路采用同相输入，具有（1+100/20=）6倍的放大倍数，带300欧负载。方框部分象征信号源，以理想电压源串联电阻构成。 请不要纠结于我把120Vrms的电压源输入双15V供电的运放这样的举动是否犯二，电压源在AC Analyses中仅仅是作为一个信号入口的标识，其信号类型、幅值和频率对分析是没有贡献的，但是它的存在必不可少，否则无法得到仿真结果！ 2、操作步骤 搭好上述电路后，就可以进行交流分析了。
一般设置Frequency parameters和Output两页即可，没有特殊要求的话其他选项保持默认，然后点Simulate开始仿真。切记是点Simulate，点OK的话啥都不会发生。
按照上述步骤仿真结果如下： 分析结果是一份伯德图。在上下两个图表各自区域上按右键弹出列表有若干选项，各位可自己动手试试。右键菜单中的Properties可打开属性对话框，对图表进行更为详细的设置。 3、加个电容试试 从上面伯德图分析结果看出，该电路具有高通特性，是由输入耦合电容C3造成的。现在在输入端加入一个退耦电容试试。电路如下：
在输入端加入220pF退耦电容后C1与后面的放大电路输入电阻构成低通滤波器，可滤除高频干扰。加入C1后，放大电路的输出应该具有带通特性。用AC Analysis分析加入C1后的电路频响特性： 奇怪，为什么高通不见了？一阵疑惑，我甚至动笔算了同相输入端的阻容网络复频域的特性，无论C1是否加入，从同相输入端向左看出去的阻容电路都有一个横轴为0的零点，所以幅度特性应该是从0Hz处开始上升的！对，从0Hz开始！回头看看电路加入C1前仿真的伯德图，发现竖轴范围是13dB~13.3dB！ 我们尝试放大来看看。现在重新进行AC分析，将频率范围设置为0.1~10Hz，结果如下图。OK，没问题，果然是高通的，只是截止频率非常低（0.3Hz左右），刚才的仿真频率范围从1Hz开始，自然是看不到的。从中也看出，图表中数字后加小写m，是毫赫兹（mHz）的意思，而不是兆赫兹（MHz）。
第一题：名词解释 1.实体：一个系统边界内部的客观对象（永久性、临时性）； 2.属性：系统实体的特性； 3.活动：是占用一定时间和资源，导致系统状态发生改变的一定过程； 4.系统状态：是指在某时间点对系统的所有实体、属性和活动的描述； 5.事件：是引起系统状态发生瞬间变化的事实；（时间事件、状态事件）； 6.时钟：仿真时间是按照仿真时钟来显示的； 7．因子：是系统的输入变量，由数量因子和质量因子组成； 8．因子的水平：模拟输入变量的可能取值或质量因子可取的方案； 9．处理：在规定水平上的因子组合; 10．时间的推进：是由一个生成时刻推进到下一生成时刻 11．仿真时钟：仿真时间是按仿真时钟来显示的，通常仿真开始时，把仿真时钟定为零。 第二题：简答题 1、系统仿真的作用 1）深入了解和改进现有的实际运行系统 2）节约投资 3）在不同决策方案中择优 2、仿真输出结果分析对仿真的要求是什么? 1）进行模拟研究时，必须做独立的重复运行，使得各次模拟运行的输出结果具有统计上的独立性； 2）模拟必须有足够多的独立运行次数，使得由随机样本得到的点估计尽可能地接近系统的真实参数值。 3、模型的核实、致效的概念 核实：检查仿真程序能否按预期的模型行为进行； 致效：检查仿真模型能否很好地描述真实系统。 4、仿真实验设计要求、2m析因实验设计的特点、基本原理： 1）事先确定模拟的处理方案，用最少的模拟时间得到所需要的模拟输出结果； 2）可以有目的地做模拟实验，避免无目的地或非系统化地做模拟运行，以提高模拟研究效率； 3）进行输入变量的灵敏度分析，即按预先设计的模拟方案作模拟实验，确定哪些变量对输出响应的影响最大; 4）确定最优的变量组合，给出系统的最优响应。 2m析因实验设计中，每个因子只取一个高水平（+）和一个低水平（-） 原理：每个因子都可能对响应有着不同的影响，而且因子之间也可能互有影响。 5、系统仿真的定义、实质 定义：系统仿真就是建立在数学逻辑模型的基础上，通过计算机实验，对一个系统按照一定得决策原则或作业规则由一个状态转变为另一个状态的动态行为进行描述和分析。 实质： 1）模拟是一种数值技术； 2）模拟是一种人工实验手段； 3）计算机可以加速模拟过程和减少误差； 4）模拟是对系统状态在时间序列中的动态写照； 5）大多数的管理系统模拟属于随机性系统模拟。 6、仿真输出结果分析对仿真的要求是什么? 1）进行模拟研究时，必须做独立的重复运行，使得各次模拟运行的输出结果具有统计上的独立性； 2）模拟必须有足够多的独立运行次数，使得由随机样本得到的点估计尽可能地接近系统的真实参数值。 7、仿真的类别和特点
Ｍｕｌｔｉｓｉｍ2001实现放大电路频率特性的仿真测试 Multisim2001是一个用于电路设计和仿真的EDA工具软件，目前广泛应用于电子线路的仿真实验平台和电子系统的仿真设计工具。Multisim2001为电类专业的学习、教学、研究及开发提供了一种先进的手段和方法。在电子线路的应用中，往往需要对电路的性能指标进行测试和分析，可以利用Multisim2001的仿真仪器或Multisim2001仿真分析方法对电路的性能指标进行仿真测试。Multisim2001提供了18种基本仿真分析方法，分别是直流工作点分析、交流分析、瞬态分析、傅里叶分析、噪声分析、失真分析、直流扫描分析、灵敏度分析、参数扫描分析、温度扫描分析、极点-零点分析、传递函数分析、最坏情况分析、蒙特卡罗分析、批处理分析、自定义分析、噪声图形分析和RF分析，这些分析方法能满足一般电子电路的设计、调试和性能指标测试的要求。下面以分压偏置共射极放大电路交流频率响应的仿真测试为例，介绍Multisim2001仿真分析方法在放大电路频率特性仿真测试中的应用。 首先在Multisim2001电路窗口中创建分压偏置共射极放大电路，如图1所示。 交流频率响应的仿真测试 Multisim2001扫描分析法中的交流分析（AC Analysis）可以对模拟电路进行交流频率响应的分析，即获得模拟电路的幅度和相位的频率响应。Multisim2001在进行交流分析前，会自动计算电路的直流工作点，以确定电路中非线性元器件的小信号工作模型，而且，在交流分析中，所有输入源都认为是正弦信号，直流电压源视为短路，直流电流源视为开路。交流频率响应的仿真测试方法如下： 启动Simulate菜单中Analyses下的AC Analysis命令，弹出AC Analysis对话框，在AC Analysis对话框中，单击Frequency Parameters按钮，设置AC分析的频率参数：Start frequency[交流分析的起始频率]为1Hz，Stop frequency[交流分析的终止频率]为10GHz，Sweep type[扫描方式（X轴刻度）]为Decade（十倍程），Number of point per becade[每个十倍程刻度数]为10，Vertical scale[幅度刻度形式（Y轴刻度）]为Logarithmic（对数刻度）。参数设置如图2所示。 在AC Analysis对话框中，单击“Out put variables”按钮，选择分析节点：分压偏置共射极放大电路的信号输出端：u0，如图3所示。 单击AC Analysis对话框的Simulate按钮，便可得放大电路交流频率响应特性曲线图，如图4所示。 低频频率响应的仿真测试 Multisim2001仿真分析法中的参数扫描分析（Parameter Sweep Analysis），可以将电路中某些元器件的参数在一定的取值范围内变化时，对电路交流频率特性
摘要 水电站机电部分设计主要根据获得的设计材料中给定的水头范围进行的主机选型，根据选择的三方案中择优进行模型综合特性曲线的绘制，即选出一方案进行绘制，再根据效率，转速等选其一进行蜗壳、尾水管、水轮发电机外形的计算和绘图，最后进行水轮机的调节保证计算和调速器设备选择。 关键字：水轮机主机选型；水电站机电设备初步计算；外形设计；调节保证计算。
前言 毕业设计是高等教育教学中的最后一个教学环节，是实践性教育的环节。 毕业设计与其他教学环节构成有机的整体，也是各个教学环节的继续、深化补充和检验，是将分散、局部的知识内容加以全面的结合，这次设计提高了我们运用知识的综合能力，将知识化为能力，巩固和加深所学知识，培养知识，综合了系统化的运用。 目前，我国大陆水力资源理论蕴藏在1万KW以上的河流共3886条，水力资源理论蕴藏年发电量6082.9Tw·h；技术可开发装机容量541.64GW。经济可开发装机容量401.8GW。我国水力资源具有三个鲜明特点：第一、在地域上分布极不平衡，西部多，东部少。西部水利资源开发出了满足西部电力市场的需要，更重要的是考虑东部电力市场。第二、大多数河流年内、年际经流分布不均。第三、水力资源集中于大江大河，有利于集中开发和规模外送。 本次设计的主要内容为主机选型、蜗壳、尾水管、发电机确定和调节保证计算。设计过程中，依据资料水电站水头，单机引水流量，总装机，对水轮机发电进行初选，并根据单位转速，模型综合特性曲线，对水轮机型号，转速，效率出力等进行认真计算，校验，对选择方案的蜗壳水管，水轮机选型和绘图。对水轮机进行调节保证机算。
通过这次对相关专业知识的课题设计，更加深入的认识知识和实际应用，学会知识与实际结合、与实践结合，得以充分利用知识为以后工作打下了坚实的基础。 编者 2012年5月 目录 摘要 (1) 前言 (2) 目录 (3) 第一章水轮机型号选择 (5) 第一节水轮机型的选择 (5) 第二节初选水轮机基本参数的计算 (6) 第三节水轮机运转综合特性曲线的绘制 (17) 第四节待选方案的综合比较和确定 (19) 第二章蜗壳计算 (21) 第一节蜗壳形式、进口断面参数选择 (21) 第二节蜗壳各断面参数计算 (23) 第三节金属蜗壳图 (25) 第三章尾水管选型 (26) 第四章水轮发电机的初步选择计算 (27) 第五章调节保证计算及设备的选择 (33) 第一节调节保证计算 (33)
淮海工学院 课程设计报告书 课程名称：通信系统的计算机仿真设计 题目：QPSK通信系统性能分析与MATLAB仿真系（院）： 学期： 专业班级： 姓名： 学号： 评语： 成绩： 签名： 日期：
QPSK通信系统性能分析与MATLAB仿真 1绪论 在当今高度信息化的社会，信息和通信已成为现代社会的“命脉”。信息作为一种资源，只有通过广泛地传播与交流，才能促进社会成员之间的合作，推动生产力的发展，创造出巨大的经济效益。在新技术革命的高速推动和信息高速公路的建设，全球网络化发展浪潮的推动下，通信技术得到迅猛的发展，载波通信、卫星通信和移动通信技术正在向数字化、智能化、宽带化发展。Simulink具有适应面广、结构和流程清晰及仿真精细、效率高、贴近实际、等优点，基于以上优点Simulink已被广泛应用于控制理论和数字信号处理的复杂仿真和设计。同时有大量的第三方软件和硬件应用于Simulink。本次课程设计通过对QPSK模型进行仿真，以分析QPSK在不同信道噪声中的性能，更好地了解QPSK系统的工作原理，传输比特错误率和符号错误率的计算。 1.1研究背景与研究意义 要规划和设计一个性能完善的通信系统，光靠理论计算或凭个人的组网经验是无法完成的。如果在真实的网络环境中进行通信性能研究、网络、设计和开发，不仅耗资大，而且在统计数据的手机和分析上也有一定困难。通信仿真技术是通过在计算机中构造虚拟的环境来反映现实的通信网络环境，模拟现实中的网络行为，从而可以有效提高通信网络规划和设计的可靠性和准确性，明显降低通信系统的投资风险，减少不必要的投资浪费。 通过仿真软件来模拟和估算通信系统的性能，通过模拟和仿真来调整一些通信系统的参数以期达到最佳使用效果具有非常重大的意义。在本课题中用国际控制界公认的标准仿真软件MATLAB来仿真移动通信系统各种数字调制解调技术中，具有数字通信的诸多优点，广泛使用它来传送各种控制信息的数字调相信号，比较不同调相技术之间的性能差异。 1.2 课程设计的目的和任务 本次课程设计是根据“通信工程专业培养计划”要求而制定的。通信系统的计算机仿真设计课程设计是通信工程专业的学生在学完通信工程专业基础课、通信工程专业主干课及科学计算与仿真专业课后进行的综合性课程设计。其目的在于使学生在课程设计过程中能够理论联系实际，在实践中充分利用所学理论知识分析和研究设计过程中出现的各类技术问题，巩固和扩大所学知识面，为以后走向工作岗位进行设计打下一定的基础。 课程设计的任务是：（1）掌握一般通信系统设计的过程、步骤、要求、工作内容及设计方法；掌握用计算机仿真通信系统的方法。（2）训练学生网络设计能力。（3）训练学生综合运用专业知识的能力，提高学生进行通信工程设计的能力。
2013年全国大学生电子设计竞赛 简易频率特性测试仪（E题） 【本科组】 2013年9月6日
摘要 本实验以DDS芯片AD9854为信号发生器，以单片机STM32F103RBT6为核心控制芯片。系统由5个模块组成：正弦扫频信号模块，待测阻容双T网络模块，整形滤波模块，A/D转换模块及显示模块。先以单片机送给AD9854控制字产生1MHZ —40MHZ的扫频信号，经过阻容双T网络检测电路，两路路信号通过AD9283对有效值进行采集后进入单片机进行幅值转换，最终由TFTLCD显示输出。 ABSTRACT In this experiment, the DDS chip AD9854 as the signal generator, MCU STM32F103RBT6 as the core control chip, and with FPGA as auxiliary, and on the peripheral circuit to realize the detection of amplitude frequency and phase frequency. The system comprises 6 modules: signal sine sweep signal module, the measured resistance capacitance of double T module, filter module, A/D conversion module and display module. The first single-chip microcomputer to AD9854 control word generate sweep signal of 10MHZ - 40MHZ, the resistance and capacitance of double T detection circuit, two road signals are collected on the effective value through the AD9283 into the microcontroller to amplitude conversion, the LCD display output, finally to complete the amplitude frequency and phase frequency of simple test.
水泵水轮机全特性 1．水泵水轮机全特性曲线 抽水蓄能电站的水泵水轮机均设有活动导叶，通过导叶调节水轮机运行时的流量，故水泵水轮机的特性曲线一般为一组不同导叶开度下的全特性曲线，其区域的划分与水泵的全特性区域划分一样，只是习惯上以正常水轮机运行工况的各参数为正。同时抽水蓄能电站一般H 也总是正值，即在实际工程中实用也就是5个工况区，即水轮机工况、水轮机制动工况、水泵工况、反水泵工况、水泵制动工况。 水泵水轮机全特性曲线表示方法通常采用1111~n Q 和1111~n M 来表示。图3-7和图3-8所示为某抽水蓄能电站水泵水轮机的四象限特性曲线。 图3-7 水泵水轮机流量特性曲线 图3-8 水泵水轮机力矩特性曲线
2．水泵水轮机全特性曲线的特点 通过对不同水泵水轮机的全特性分析可以看出，水泵水轮机全特性有着下述的规律与特点： （1）在水泵工况，大开度等导叶开度曲线汇集成一簇很窄的交叉曲线，说明在此区域水泵扬程与导叶开度的关系不大，开度的改变不会造成单位转速及单位力矩的很大的变化。当导叶开度较小区域时随着导叶开度的减小其流量曲线及力矩曲线则加速分又，说明此时的导水机构可看作是节流装置，水头损失急剧增大，从而对水泵的力矩及流量产生较大的影响。在水泵实际运行中导叶开度将随着扬程的变化而沿各导叶开度特性曲线的外包络线变化，使得水力损失最小，也即使得水泵的效率在此工况最高。此外，随着单位转速的增大，也即水泵扬程的减小，水泵的流量及水力矩将快速增大，所以在水泵及电动机设计时应充分考虑此时水泵的力矩特性，电动机容量应根据可能的正常运行最低扬程工况进行设计，并留有一定的裕量；同时根据导叶小开度区域力矩分散的特性，在异常低扬程起动时（如初次向上水库异常低扬程充水时）可采取关小导叶开度来限制其水力矩，即限制水泵的入力在一定范围以内。
水轮机的选型设计
水轮机的选型设计 水轮机选型时水电站设计的一项重要任务。水轮机的型式与参数的选择是否合理，对于水电站的功能经济指标及运行稳定性，可靠性都有重要影响。 水轮机选型过程中，一般是根据水电站的开发方式，功能参数，水工建筑物的布置等，并考虑国内外已生产的水轮机的参数及制造厂的生产水平，拟选若干个方案进行技术经济的综合比较，最终确定水轮机的最佳型式与参数。 一：水轮机选型的内容，要求和所需资料 1：水轮机选择的内容 （1）确定单机容量及机组台数。 （2）确定机型和装置型式。 （3）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。对于冲击式水轮机，还包括确定射流直径与喷嘴数等。 （4）绘制水轮机的运转综合特性曲线。 （5）估算水轮机的外形尺寸，重量及价格。 wertyp9 ed\结合水轮机在结构、材质、运行等方面的要求，向制造厂提出制造任务书。 2.水轮机选择的基本要求 水轮机选择必须要考虑水电站的特点，包括水能、水文地质、工程地质以及电力系统构成、枢纽布置等方面对水轮机的要求。在几个可能的方案中详细地进行以下几方面比较，从中选择出技术经济综合指标最优的方案。 （1）保证在设计水头下水轮机能发生额定出力，在低于设计水头时机组的受阻容量尽可能小。 （2）根据水电站水头的变化，及电站的运行方式，选择适合的水轮机型式及参数，使电站运行中平均效率尽可能高。 （3）水轮机性能及结构要能够适应电站水质的要求，运行稳定、灵活、可靠，有良好的抗空化性能。在多泥沙河流上的电站，水轮机的参数及过流部件的材质要保证水轮机具有良好的抗磨损，抗空蚀性能。 （4）机组的结构先进、合理，易损部件应能互换并易于更换，便于操作及安装维护。 （5）机组制造供货应落实，提出的技术要求要符合制造厂的设计、试验与制造水平。 （6）机组的最大部件及最重要部件要考虑运输方式及运输可行性。 3.水轮机选型所需要的原始技术材料 水轮机的型式与参数的选择是否合理、是否与水电站建成后的实际情况相吻合，在很大程度上取决于对原始资料的调查、汇集和校核。根据初步设计的深度和广度的要求，通常应具备下述的基本技术资料： （1）枢纽资料：包括河流的水能总体规划，流域的水文地质，水能开发方式，水库的调节性能，水利枢纽布置，电站类型及厂房条件，上下游综合利用的要求，工程的施工方式和规划等情况。还应包括严格分析与核准的水能基本参数，诸如电站的最大水头Hmax、最小水头Hmin,加权平均水头Ha，设计水头Hr，各种特征流量Qmin、Qmax、Qa,典型年（设计水平年，丰水年，枯水年）的水头、流量过程。此外还应有电站的总装机容量，保证出力以及水电站下游水位流量关系曲线。