水輪機(jī)制作系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

1、重慶科技學(xué)院高等教育自學(xué)考試本科畢業(yè)論文 工業(yè)機(jī)械手及其控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)請(qǐng)按這個(gè)模板修改封面。把陳格的改成自己的?？忌彰?陳 格 準(zhǔn)考證號(hào)： 011813302931 專(zhuān)業(yè)層次： 本 科 院（系）：機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院 指導(dǎo)教師： 許艷英 職 稱： 副教授 重慶科技學(xué)院二O一五 年 月 日重 慶 科 技 學(xué) 院 高 等 教 育 自 學(xué) 考 試 本 科 畢 業(yè) 論 文重慶科技學(xué)院高等教育自學(xué)考試本科畢業(yè)論文 工業(yè)機(jī)械手及其控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)考生姓名： 陳 格 準(zhǔn)考證號(hào)： 011813302931 專(zhuān)業(yè)層次： 本 科 指導(dǎo)教師： 許艷英 院（系）： 機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院重慶科技學(xué)院二O一五年 月 日高等教育

2、自學(xué)考試本科畢業(yè)論文 水輪機(jī)制作系統(tǒng)的設(shè)計(jì)考生姓名： 李濤 準(zhǔn)考證號(hào)： 011813302951 專(zhuān)業(yè)層次： 專(zhuān)銜本 院 （系）： 機(jī)電工程學(xué)院 改成上面的，這頁(yè)去掉指導(dǎo)教師： 許艷英 職 稱： 副教授 重慶科技學(xué)院二O一五年 月 日 摘頁(yè)眉上要體現(xiàn)章標(biāo)題。 要 為了縮短停機(jī)時(shí)水輪發(fā)電機(jī)組的惰行時(shí)間，防止推力軸瓦燒損，在停機(jī)過(guò)程中必須在低轉(zhuǎn)速區(qū)對(duì)機(jī)組進(jìn)行連續(xù)制功。簡(jiǎn)要介紹了機(jī)組制動(dòng)的工作原理，分析了機(jī)械制動(dòng)和電氣制動(dòng)的特點(diǎn)，對(duì)石門(mén) 2F 水輪發(fā)電機(jī)組電氣制功進(jìn)行了全面的分析，指出采用電氣制功的必首行縮進(jìn)要性，對(duì)改善推力瓦運(yùn)行條件、縮短機(jī)組低速運(yùn)行時(shí)間、保證機(jī)組安全可靠剎車(chē)停機(jī)具有十分重要的意義

3、。水輪機(jī)是把水流的能量轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)機(jī)械能的動(dòng)力機(jī)械，它屬于流體機(jī)械中的透平機(jī)械。早在公元前 100 年前后，中國(guó)就出現(xiàn)了水輪機(jī)的雛形水輪，用于提灌和驅(qū)動(dòng)糧食加工器械?，F(xiàn)代水輪機(jī)則大多數(shù)安裝在水電站內(nèi)，用來(lái)驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。在水電站中，上游水庫(kù)中的水經(jīng)引水管引向水輪機(jī)，推動(dòng)水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。作完功的水則通過(guò)尾水管道排向下游。水頭越高、流量越大，水輪機(jī)的輸出功率也就越大。本設(shè)計(jì)主要應(yīng)用的是歐姆龍系列 PLC 進(jìn)行控制，首先通過(guò) PLC 控制電磁閥的動(dòng)作，電磁閥的動(dòng)作使氣缸的上、下腔充氣或排氣，氣缸的充氣或排氣從而使水輪機(jī)實(shí)現(xiàn)制動(dòng)、停止和反風(fēng)等功能。關(guān)鍵詞：水輪機(jī)，PLC，制動(dòng)，氣壓傳動(dòng)

4、ABSTRACTin order to shorten when stop hydro-generating laziness line time, prevent thrust bearings caustic, downtime process must in low speed area on the unit of continuous system work. Briefly introduces the working principle of unit braking, analyzes mechanical 段的第一個(gè)字母大寫(xiě)braking and electrical bra

5、king characteristics of shimen 2F hydro-generating electrical system reactive carries on the comprehensive analysis. Pointed out that using the electrical system, the necessity of reactive power to improve thrust watts, shorten the unit operation condition low-speed run time, ensure its safe reliabl

6、e brake downtime has the extremely vital significance. Turbine is the flow of energy conversion for rotating mechanical power machinery, it belongs to the turbine machinery fluid machinery. In early 100 BC, China appeared before and after the rudiment of hydraulic turbine -, used in DiGuan and drive

7、 grain processing equipment. While most modern turbine hydropower plant, used to install in driving generators electricity. In hydropower station, the waterreservoir upstream by water pipe to water turbine, promote turbine runner rotation, generator power generation. The water is finished by reactiv

8、e tail water pipe row to downstream. Head taller, flow, the greater the turbine output power is bigger also This design main application is omron PLC control series, first by PLC control electromagnetic valve movements, solenoid valve movements make cylinder, inferior vena inflatable or exhaust, air

9、 cylinder inflated or exhaust turbine thereby realize braking, stop and against the wind, and other functions.Keywords： turbine PLC braking pneumatic transmission 目 錄目錄要自動(dòng)生成 中文摘要1英文摘要21水輪機(jī)電氣控制設(shè)備31.1 水輪機(jī)的選型41.2控制原理說(shuō)明51.3系統(tǒng)硬件組裝61.4設(shè)計(jì)過(guò)程71.5系統(tǒng)設(shè)計(jì)控制流程圖82流體部分92.1形成過(guò)程及工作原理102.2按要求設(shè)計(jì)112.3液壓傳動(dòng)原理及設(shè)計(jì)123PLC編程部分設(shè)

10、計(jì)13 3.1PLC組成系統(tǒng)為FX2N型PLC編程系統(tǒng)14致謝15參考文獻(xiàn)16論文原創(chuàng)性聲明 重 慶 科 技 學(xué) 院 高 等 教 育 自 學(xué) 考 試 本 科 畢 業(yè) 論 文1 水輪機(jī)電氣控制設(shè)備系統(tǒng)1.1水輪機(jī)的選型水輪機(jī)按工作原理可分為沖擊式水輪機(jī)和反擊式水輪機(jī)兩大類(lèi)。沖擊式水輪機(jī)的轉(zhuǎn)輪受到水流的沖擊而旋轉(zhuǎn)，工作過(guò)程中水流的壓力不變，主要是動(dòng)能的轉(zhuǎn)換；反擊式水輪機(jī)的轉(zhuǎn)輪在水中受到水流的反作用力而旋轉(zhuǎn)，工作過(guò)程中水流的壓力能和動(dòng)能均有改變，但主要是壓力能的轉(zhuǎn)換。通過(guò)查找資料；反擊式水輪機(jī)中，水流充滿整個(gè)轉(zhuǎn)輪流道，全部葉片同時(shí)受到水流的作用，所以在同樣的水頭下，轉(zhuǎn)輪直徑小于沖擊式水輪機(jī)。它們的最

11、高效率也高于沖擊式水輪機(jī)，但當(dāng)負(fù)荷變化時(shí)，水輪機(jī)的效率受到不同程度的影響，我選擇較先進(jìn)地反沖擊式水輪機(jī)HLX180轉(zhuǎn)輪，其模型額定點(diǎn)效率M=094。較通常轉(zhuǎn)輪高出2個(gè)百分點(diǎn)，最高效率圈相對(duì)扁平，額定和加權(quán)平均水頭下Q1跨度達(dá)120L/m3，n1r非常接近最優(yōu)單位轉(zhuǎn)速，運(yùn)行區(qū)域包括了整個(gè)最優(yōu)效率區(qū)，依據(jù)效率加權(quán)因子，求得的模型加權(quán)平均效率達(dá)884%，額定水頭下具有83%的超發(fā)能力，因此該轉(zhuǎn)輪能量指標(biāo)較高，水能利用率高。行間距是固定值22。全文自己修改檢查圖2 HLX180型水輪機(jī)按章編號(hào)，第一章第一個(gè)圖是： 圖1-1 *。全文圖重新編號(hào)1.2控制原理說(shuō)明1.本系統(tǒng)采用分層分布式布局，配置如圖3所

12、示。主要由2個(gè)機(jī)組監(jiān)控屏、發(fā)電機(jī)保護(hù)屏、公用監(jiān)控屏、主編線路保護(hù)屏和電量屏構(gòu)成。通訊采用高速以太網(wǎng)與上級(jí)調(diào)度、操作員工作站進(jìn)行通訊。其中公用監(jiān)控屏由可編程控制器 (由三菱FX2N-80MR和2個(gè)FX0N-16EX擴(kuò)展模塊組成)、自動(dòng)準(zhǔn)同期裝置、觸摸屏、電力測(cè)控儀和逆變電源組正文首行縮進(jìn)成，在公用監(jiān)控屏中實(shí)現(xiàn)對(duì)發(fā)電機(jī)的有功調(diào)節(jié)。圖3 系統(tǒng)配置圖2.在電力系統(tǒng)中，頻率與電壓是電能的2個(gè)主要質(zhì)量指標(biāo)，電力系統(tǒng)中的頻率變化的主要原因是由于有功功率不平衡引起的。系統(tǒng)的負(fù)荷經(jīng)常發(fā)生變化，要保持系統(tǒng)的頻率為額定值，就必須使發(fā)送的功率不斷跟隨著負(fù)荷的變動(dòng)，時(shí)刻保持整個(gè)系統(tǒng)有功功率的平衡。否則，系統(tǒng)的頻率就會(huì)大

13、起大落，保證不了電能的質(zhì)量，甚至?xí)斐墒鹿逝c損失。當(dāng)負(fù)荷吸取的有功功率下降時(shí)，頻率增高;當(dāng)負(fù)荷吸取的有功功率增高時(shí)，頻率降低，即負(fù)荷調(diào)節(jié)效。由于負(fù)荷調(diào)節(jié)效應(yīng)的存在，當(dāng)電力系統(tǒng)中因功率平衡破壞而引起頻率變化時(shí)，負(fù)荷功率隨之的變化引起補(bǔ)償作用。如系統(tǒng)中因有功功率缺額而引起頻率下降時(shí)，能補(bǔ)償一些有功功率缺額，有可能使系統(tǒng)穩(wěn)定在一個(gè)較低的頻率上運(yùn)行。如果沒(méi)有負(fù)荷調(diào)節(jié)效應(yīng)相應(yīng)的負(fù)荷功率也隨之減小，當(dāng)出現(xiàn)有功功率缺額系統(tǒng)頻率下降時(shí)，功率缺額無(wú)法得到補(bǔ)償，就不會(huì)達(dá)到新的有功功率平衡，頻率會(huì)一直下降，直到系統(tǒng)瓦解為止。頻率和有功功率自動(dòng)調(diào)節(jié)的方法主要有: (1) 利用機(jī)組調(diào)速器的調(diào)節(jié)特性進(jìn)行調(diào)頻; (2) 根

14、據(jù)頻率瞬時(shí)偏差，按比例分配負(fù)荷，構(gòu)成虛有差調(diào)節(jié)頻率和負(fù)荷的方法; (3) 按頻率積分偏差調(diào)節(jié)頻率，滿足“等微增率”原則分配負(fù)荷;字串6 (4) 按給定負(fù)荷曲線調(diào)節(jié)有功功率(本文所介紹的是按給定負(fù)荷曲線調(diào)節(jié)有功功率)。3. 水輪機(jī)的制動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)應(yīng)該使總功率等于負(fù)荷曲線給定的功率。而機(jī)組之間則按“等微增率”原則經(jīng)濟(jì)分配負(fù)荷。如果系統(tǒng)頻率偏差不超過(guò)調(diào)頻電站所能補(bǔ)償?shù)姆秶?，則調(diào)功電站的調(diào)節(jié)系統(tǒng)對(duì)頻率偏差不應(yīng)作出任何響應(yīng)。如果系統(tǒng)運(yùn)行工況發(fā)生了變化，出現(xiàn)了較大的頻率偏差則調(diào)頻電站無(wú)力完全補(bǔ)償偏差值，那么調(diào)功電站的自動(dòng)調(diào)節(jié)裝置應(yīng)該作用于各臺(tái)機(jī)組的調(diào)速器，使之改變各臺(tái)機(jī)組的有功出力來(lái)幫助恢復(fù)系統(tǒng)頻

15、率。圖4    功率與頻率關(guān)系曲線圖4示出功率與頻率的關(guān)系曲線。在死區(qū)±fmax范圍內(nèi)，頻率偏差信號(hào)f不起作用，此時(shí)電站的實(shí)際功率 與給定的總功率PG之間的偏差P產(chǎn)生調(diào)節(jié)作用。     4. PG為電站負(fù)荷曲線給定裝置取得的，使由各臺(tái)機(jī)組有功功率測(cè)量元件測(cè)到的有功信號(hào)相加后得到的。當(dāng)時(shí)，兩臺(tái)機(jī)組的調(diào)節(jié)作用只受有功偏差P的影響，而與頻率偏差f無(wú)關(guān)，此時(shí)調(diào)節(jié)特性方程為:     字串3 字串3  1.3系統(tǒng)硬件組裝1根據(jù)系統(tǒng)的控制

16、要求配置硬件如下: 圖 5    系統(tǒng)硬件簡(jiǎn)圖控制器:三菱FX2N-80MR和兩個(gè)FX0N-16EX擴(kuò)展模塊組成。人機(jī)界面:觸摸屏。其它設(shè)備:2個(gè)DC24V繼電器、功率表以及其它的輔助器件。字串9本系統(tǒng)確保整個(gè)系統(tǒng)頻率的穩(wěn)定和電網(wǎng)的穩(wěn)定供電。1.4設(shè)計(jì)過(guò)程水輪機(jī)微機(jī)調(diào)速器是一個(gè)典型的數(shù)字式液壓位置伺服系統(tǒng)，數(shù)字式液壓位置伺服系統(tǒng)按電液轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)接口控制方式主要分為兩大類(lèi)：間接數(shù)字控制和直接數(shù)字控制。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)在流體控制系統(tǒng)中的大量應(yīng)用，數(shù)字化成了一種必然的趨勢(shì)。在流體動(dòng)力系統(tǒng)中，這種控制方式的控制信號(hào)是開(kāi)關(guān)量，因而是直接數(shù)字控制。脈寬或脈沖調(diào)制）控制。

17、通過(guò)控制開(kāi)關(guān)元件的通斷時(shí)間比，以獲得在某一段時(shí)間內(nèi)流量的平均值，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)下一級(jí)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的控制。該控制方式具有不堵塞、抗污染能力強(qiáng)及結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)。a.這種采用間接數(shù)字控制；將微機(jī)控制信號(hào)通過(guò)D/A轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)，將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬量信號(hào)（010V、420mA）后，再經(jīng)放大后驅(qū)動(dòng)電液伺服系統(tǒng)的控制方式。該方式必須通過(guò)D/A轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)，將數(shù)字量轉(zhuǎn)換為模擬量實(shí)現(xiàn)數(shù)字控制，其主要存在以下問(wèn)題：（1）由于控制器存在模擬電路，易產(chǎn)生溫漂和零漂。（2）多了D/A環(huán)節(jié),降低了可靠性。（2）閥的外控特性表現(xiàn)出滯環(huán)，消除滯環(huán)使閥的造價(jià)大大增加，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，可靠性降低。（3）整體式磁性材料由于鐵損引起的溫升嚴(yán)重。而直接數(shù)

18、字控制不通過(guò)D/A接口，微機(jī)控制信號(hào)直接以數(shù)字開(kāi)關(guān)信號(hào)與電液伺服系統(tǒng)接口實(shí)現(xiàn)數(shù)字控制，消除了間接數(shù)字控制存在的上述問(wèn)題，使整個(gè)系統(tǒng)簡(jiǎn)單化，并實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的數(shù)字化，應(yīng)用前景非常廣闊水輪機(jī)調(diào)速器測(cè)頻裝置用于檢測(cè)機(jī)組頻率和電網(wǎng)頻率，由機(jī)組頻率、電網(wǎng)頻率整形電路和內(nèi)裝有測(cè)頻程序的基本單元共同組成，并通過(guò)閉環(huán)反饋系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)水輪機(jī)組頻率的控制。該裝置因取消了單片機(jī)硬件，改由基本單元測(cè)頻不僅降低成本，更主要的是大大提高了頻系統(tǒng)的整形可靠性，從而減少了電路事故的發(fā)生。還因輸入信號(hào)為開(kāi)關(guān)量，減少了輸入點(diǎn)數(shù)，降低了成本，該裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用維護(hù)方便，可靠性高。圖6 控制系統(tǒng)原理圖b.PID控制:利用PI控制和PD

19、控制的優(yōu)點(diǎn)組合成的控制。當(dāng)偏差X（設(shè)定值-反饋值）為正時(shí)，增加執(zhí)行量（輸出頻率），如果偏差為負(fù)，減小執(zhí)行量。壓力傳感器反饋的水壓信號(hào)Y（4-20mA）與設(shè)定值U進(jìn)行比較，其偏差X經(jīng)變頻器的PID控制器運(yùn)算后產(chǎn)生執(zhí)行量Fi去驅(qū)動(dòng)變頻器，從而構(gòu)成以設(shè)定壓力為基礎(chǔ)的閉環(huán)控制系統(tǒng)。運(yùn)行參數(shù)在實(shí)際過(guò)程不斷進(jìn)行調(diào)整，使系統(tǒng)控制器響應(yīng)趨于完整，并通過(guò)PLC計(jì)算需切換泵的運(yùn)行操作。 c.這種水輪機(jī)調(diào)速器測(cè)頻裝置，有整形電路裝置組成，其特征在于：整形電路裝置分機(jī)組頻率整形電路裝置和電網(wǎng)頻率整形電路裝置兩部分，兩個(gè)整形電路裝置的輸出信號(hào)，分別輸入PLC基本控制單元的X0、X1輸入端，PLC基本控制單元預(yù)先裝入專(zhuān)用

20、程序。再下面的PLC設(shè)計(jì)中進(jìn)行詳述； d.采用矢量控制的基本原理；變頻器的主電路通常是AC-DC-AC電力電子變換電路，DC-AC部分為三相橋逆變系統(tǒng)，確定其開(kāi)關(guān)信號(hào)的控制策略往往決定了變頻器性能的高低。 分析變頻器三相逆變橋的開(kāi)關(guān)狀態(tài)(逆變橋上橋臂開(kāi)通表示為1，相應(yīng)的下橋臂關(guān)斷)：X0(000)、X1(001)、X(010)、(100)、(101)、 (110)、(111)，可表示為8個(gè)基本空間電壓矢量：V1V2V3V4V5V6V7,其中V0V7為零矢量，其余為有效工作矢量?？臻g矢量PWM控制就是通過(guò)分配電壓空間矢量，尤其是零矢量的作用時(shí)間，最終形成等幅不等寬的PWM脈沖波，實(shí)現(xiàn)追蹤磁通的圓

21、形軌跡。若復(fù)平面上參考等效合成空間矢量V的模長(zhǎng)等于相電壓的峰值，以角頻率按逆時(shí)針?lè)较騽蛩傩D(zhuǎn)，那么其在三相軸上的投影就是對(duì)稱的正弦量。反過(guò)來(lái)，按照平行四邊形法則，利用這8個(gè)基本矢量可以合成任意角度和模長(zhǎng)的等效合成矢量Vr。如果勻速發(fā)出在一個(gè)圓周里均勻分布的等效合成矢量,也就得到了三相正弦量的開(kāi)關(guān)信號(hào),這就是空間電壓矢量調(diào)制。一個(gè)周期里發(fā)出的合成矢量越多,說(shuō)明采樣頻率越高。下表要有表號(hào)與表名，也是按章編號(hào)。輸入000001010100101110111輸出X0X1X2X4X5X6X71.5系統(tǒng)設(shè)計(jì)控制流程圖圖7    系統(tǒng)流程圖 字串9a.該系統(tǒng)監(jiān)控24點(diǎn)制動(dòng)閘動(dòng)作

22、狀態(tài)，通過(guò)指示燈顯示。并實(shí)時(shí)由壓力站氣路壓力數(shù)顯示向PLC發(fā)出420mA的模擬信號(hào)，當(dāng)動(dòng)閘動(dòng)作開(kāi)關(guān)閉合時(shí)，指示燈亮，PLC系統(tǒng)開(kāi)始工作。當(dāng)數(shù)據(jù)與目標(biāo)值有偏差時(shí),當(dāng)系統(tǒng)需要進(jìn)行有功調(diào)節(jié)時(shí)，系統(tǒng)的軟件或是手動(dòng)發(fā)出信號(hào)開(kāi)始調(diào)節(jié)，此時(shí)采集1個(gè)實(shí)時(shí)有功數(shù)據(jù)此數(shù)據(jù)與設(shè)定值 (即目標(biāo)功率值)進(jìn)行比較并進(jìn)行數(shù)據(jù)處理算出需要調(diào)節(jié)的時(shí)間，然后發(fā)出信號(hào)使調(diào)節(jié)繼電器動(dòng)所開(kāi)始調(diào)節(jié)。如未達(dá)到則有可能是系統(tǒng)內(nèi)部有故障。為了避免使程序進(jìn)入死循環(huán)，則調(diào)節(jié)四次仍未能達(dá)到要求就自動(dòng)中止程序)。如圖6所示，當(dāng)M10接到觸發(fā)信號(hào)后瞬時(shí)接通使D300采到的瞬時(shí)有功功率數(shù)據(jù)與D301(設(shè)定值)進(jìn)行比較。當(dāng)D300 >D301時(shí)輸出信

23、號(hào)M300使PLC的Y001輸出并使調(diào)節(jié)繼電器動(dòng)作進(jìn)行調(diào)節(jié)。跳開(kāi)繼電器工作，PLC發(fā)出制動(dòng)成功或復(fù)位信號(hào)，并保持15秒鐘。根據(jù)PLC傳送來(lái)的020mA的模擬信號(hào)，顯示相應(yīng)的轉(zhuǎn)速。如此反復(fù)，PLC系統(tǒng)采用前端出線的模塊化控制單元MIC-2000作為水輪發(fā)電機(jī)機(jī)組狀態(tài)參數(shù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的主控制器，并采用雙機(jī)冗余措施以提高監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的可靠性?？刂葡到y(tǒng)采用CAN總線作為現(xiàn)場(chǎng)總線，提高了系統(tǒng)數(shù)據(jù)通信的可靠性和安全性。b.主要特點(diǎn)： (1).實(shí)時(shí)采集水輪發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)。 (2).每個(gè)檢測(cè)與控制單元可以獨(dú)立運(yùn)行，且每個(gè)控制單元之間相互協(xié)同工作，共同完成水輪機(jī)機(jī)組的狀態(tài)監(jiān)測(cè)與控制。 (3).每個(gè)監(jiān)測(cè)單元的狀態(tài)

24、參數(shù)的傳送通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線方式傳遞，并且要求具有良好的實(shí)時(shí)性，準(zhǔn)確性。 (4).易于安裝，且要求前端出線。 2 流體控制部分2.1形成過(guò)程及工作原理 水流在水輪機(jī)中的流動(dòng)，是一種復(fù)雜的三維空間運(yùn)動(dòng)，在穩(wěn)定工況下，即當(dāng)水頭、流量和轉(zhuǎn)速不變時(shí)，水流在反擊式水輪機(jī)的蝸殼、導(dǎo)水機(jī)構(gòu)和尾水管等過(guò)流部件中的流動(dòng)是恒定流；水流在轉(zhuǎn)輪中的流動(dòng)是相對(duì)恒定流，即相對(duì)于轉(zhuǎn)輪的旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)而言是恒定流(但對(duì)地球坐標(biāo)而言，則是非恒定流)。在變工況下，水輪機(jī)中的水流運(yùn)動(dòng)是非恒定流。這里我們主要討論穩(wěn)定工況下水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪中的水流運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。如圖圖8水輪機(jī)運(yùn)行示意圖任一復(fù)雜運(yùn)動(dòng)都是由若干簡(jiǎn)單運(yùn)動(dòng)復(fù)合而成的，同樣，轉(zhuǎn)輪中水流運(yùn)動(dòng)亦是由兩種

25、簡(jiǎn)單運(yùn)動(dòng)復(fù)合而成的。一是水流從轉(zhuǎn)輪進(jìn)口沿葉片流道至轉(zhuǎn)輪出口的流動(dòng)，是水流相對(duì)于轉(zhuǎn)輪流道的運(yùn)動(dòng)(假定轉(zhuǎn)輪流道不動(dòng))稱此運(yùn)動(dòng)為相對(duì)運(yùn)動(dòng)，用相對(duì)速度w表示；二是(假定水流進(jìn)入轉(zhuǎn)輪后不動(dòng))由于轉(zhuǎn)輪是旋轉(zhuǎn)的，則水流質(zhì)點(diǎn)隨著轉(zhuǎn)輪的轉(zhuǎn)動(dòng)而轉(zhuǎn)動(dòng)稱此運(yùn)動(dòng)為圓周運(yùn)動(dòng)(牽連運(yùn)動(dòng))，用圓周速度u表示。實(shí)際上水流質(zhì)點(diǎn)對(duì)于靜止的轉(zhuǎn)輪室而言，其運(yùn)動(dòng)是由上述兩運(yùn)動(dòng)復(fù)合而成的絕對(duì)運(yùn)動(dòng)，此速度為絕對(duì)速度，用v表示。則：V=W+U，如圖3-1所示：再此因?yàn)橹R(shí)缺陷不做詳解；圖的編號(hào)一定要自己輸入。2.2按要求設(shè)計(jì) a.查閱資料可知；水輪機(jī)要滿足以下要求：1、使過(guò)流部件機(jī)械強(qiáng)度降低，嚴(yán)重時(shí)整個(gè)部件破壞。2、增加過(guò)流部件的糙率，水頭損

26、失加大，效率降低，流量減小，出力下降。3、機(jī)組產(chǎn)生振動(dòng)，嚴(yán)重時(shí)造成廠房振動(dòng)破壞。b.流速和壓力是產(chǎn)生汽蝕最重要的兩個(gè)原因，因此要控制流速和壓力的急劇變化:1、設(shè)計(jì)制造方面： 合理選型，葉型流線設(shè)計(jì)，表面光滑，抗汽蝕鋼襯(不銹鋼)。2、工程措施：合理選擇安裝高程，采取防沙、排沙措施，防止泥沙進(jìn)入水輪機(jī)。3、運(yùn)行方面：避開(kāi)低負(fù)荷、低水頭運(yùn)行，合理調(diào)度，必要時(shí)在尾水管補(bǔ)氣。故采用節(jié)流閥控制流量，水份分離器凈化空氣，并用兩個(gè)三通換向閥分別控制汽缸的上、下腔；氣液混用三通球閥進(jìn)行氣、油的轉(zhuǎn)換控制，多塊壓力表可直接讀數(shù)等，能進(jìn)行實(shí)時(shí)控制； c.閥門(mén)液動(dòng)裝置的優(yōu)點(diǎn)1）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊、體積??；2）傳動(dòng)平穩(wěn)可靠

27、；3）可以獲得很大的輸出力矩；4）輸出力矩可以通過(guò)定壓溢流閥得到精確的調(diào)整，包括開(kāi)啟和關(guān)閉力矩的調(diào)整，甚至可以通過(guò)液壓儀表直接反映出來(lái)；5）速度調(diào)節(jié)方便；6）在突然發(fā)生事故動(dòng)力終斷時(shí)，仍可利用蓄能器進(jìn)行一次或數(shù)次動(dòng)力操作。這對(duì)長(zhǎng)輸管線自動(dòng)緊急切斷閥和井口噴放閥有特殊意義。2.3液壓傳動(dòng)原理及設(shè)計(jì)1）簡(jiǎn)介；它是用液體作為工作介質(zhì)來(lái)傳遞能量和進(jìn)行控制的傳動(dòng)方式。液壓傳動(dòng)和氣壓傳動(dòng)并稱為流體傳動(dòng)，是根據(jù)17世紀(jì)帕斯卡提出的液體靜壓力傳動(dòng)原理而發(fā)展起來(lái)的一門(mén)新興技術(shù)，是工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用廣泛的技術(shù)。液壓傳動(dòng)中由液壓泵液壓控制閥液壓執(zhí)行元件(液壓缸和液壓馬達(dá)等)和液壓輔件(管道和蓄能器等)組成的液壓系統(tǒng)。

28、液壓泵把機(jī)械能轉(zhuǎn)換成液體的壓力能，液壓控制閥和液壓輔件控制液壓介質(zhì)的壓力流量和流動(dòng)方向，將液壓泵輸出的壓力能傳給執(zhí)行元件。執(zhí)行元件將液體壓力能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，以完成要求的動(dòng)作。2）工作原理；液壓傳動(dòng)的基本原理是在密閉的容器內(nèi)，利用有壓力的油液作為工作介質(zhì)來(lái)實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換和傳遞動(dòng)力的。其中的液體稱為工作介質(zhì)，一般為礦物油，它的作用和機(jī)械傳動(dòng)中的皮帶、鏈條和齒輪等傳動(dòng)元件相類(lèi)似。 液壓傳動(dòng)是利用帕斯卡原理！帕斯卡原理是大概就是：在密閉環(huán)境中，向液體施加一個(gè)力，這個(gè)液體會(huì)向各個(gè)方向傳遞這個(gè)力！力的大小不變！液壓傳動(dòng)就是利用這個(gè)物理性質(zhì)，向一個(gè)物體施加一個(gè)力，利用帕斯卡原理使這個(gè)力變大！從而起到舉起重物的

29、效果！電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)液壓泵從油箱吸油，液壓泵把電動(dòng)機(jī)的機(jī)械能轉(zhuǎn)換為液體的壓力能。液壓介質(zhì)通過(guò)管道經(jīng)節(jié)流閥和換向閥進(jìn)入液壓缸左腔，推動(dòng)活塞帶動(dòng)工作臺(tái)右移，液壓缸右腔排出的液壓介質(zhì)經(jīng)換向閥流回油箱。換向閥換向之后液壓介質(zhì)進(jìn)入液壓缸右腔，使活塞左移，推動(dòng)工作臺(tái)反向移動(dòng)。改變節(jié)流閥的開(kāi)口可調(diào)節(jié)液壓缸的運(yùn)動(dòng)速度。液壓系統(tǒng)的壓力可通過(guò)溢流閥調(diào)節(jié)。3）硬件設(shè)備控制： a.閥門(mén)液壓傳動(dòng)裝置由動(dòng)力、控制和執(zhí)行機(jī)構(gòu)三大部分組成。動(dòng)力部分的作用是把電動(dòng)或氣動(dòng)馬達(dá)旋轉(zhuǎn)軸上的有效功率轉(zhuǎn)變成液壓傳動(dòng)的流體壓力能。它由電動(dòng)機(jī)或氣動(dòng)馬達(dá)、液壓泵、油箱等件構(gòu)成?？刂撇糠钟煽刂崎y，如壓力控制閥、流量控制閥、方向控制閥等和電氣控制系統(tǒng)

30、組成。執(zhí)行機(jī)構(gòu)有兩種，一種是液壓缸執(zhí)行機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)；另一種是液壓馬達(dá)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。下圖是流體控制部分總的原理圖：圖9流體控制部分示意圖b.我選用ZPQ-01、02型氣動(dòng)閥門(mén)定位器可與氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥，直行程氣動(dòng)活塞調(diào)節(jié)閥及角行程氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥配套使用的輔助儀表，它接受氣動(dòng)調(diào)節(jié)儀表給出的20100kPa（020mA）信號(hào)來(lái)控制調(diào)節(jié)閥的行程，又經(jīng)過(guò)反饋系統(tǒng)的作用，確保閥芯位置按調(diào)節(jié)儀表來(lái)的氣動(dòng)信號(hào)，準(zhǔn)確執(zhí)行，從而實(shí)現(xiàn)閥芯的正確定位.c.伺服閥調(diào)速器是一個(gè)典型的間接控制方式的數(shù)字式液壓位置伺服系統(tǒng)。傳統(tǒng)的各類(lèi)伺服閥也都屬于這類(lèi)伺服系統(tǒng)。它的信號(hào)傳遞關(guān)系如下圖所示：圖10 信號(hào)轉(zhuǎn)換圖3 PL

31、C編程部分設(shè)計(jì)3.1PLC組成系統(tǒng)為FX2N型PLC可編程系統(tǒng)1）可進(jìn)行離線編程和在線連接和調(diào)試，并能實(shí)現(xiàn)梯形圖與語(yǔ)句表的相互轉(zhuǎn)換。為了提高整個(gè)系統(tǒng)的性價(jià)比，該系統(tǒng)采用開(kāi)關(guān)量的輸入/輸出來(lái)控制電機(jī)的啟停、定時(shí)切換、軟起動(dòng)、循環(huán)變頻及故障的報(bào)警等，而電機(jī)轉(zhuǎn)速、水壓量等模擬量則由PID調(diào)節(jié)器和變頻器來(lái)控制。泵組的切換示意圖如圖2。開(kāi)始時(shí)，若硬件、軟件皆無(wú)備用（兩者同時(shí)有效時(shí)硬件優(yōu)先），1#泵變頻啟動(dòng)，轉(zhuǎn)速?gòu)?開(kāi)始隨頻率上升，如變頻器頻率到達(dá)50Hz而此時(shí)水壓還在下限值，延時(shí)一段時(shí)間（避免由于干擾而引起誤動(dòng)作）后，1#泵切換至工頻運(yùn)行，同時(shí)變頻器頻率由50Hz滑停至0Hz，2#泵變頻啟動(dòng)，如水壓仍不

32、滿足，則依次啟動(dòng)3#、4#泵，泵的切換過(guò)程同上；若開(kāi)始時(shí)1#泵備用，則直接啟2#變頻，轉(zhuǎn)速?gòu)?開(kāi)始隨頻率上升，如變頻器頻率到達(dá)50Hz而此時(shí)水壓還在下限值，延時(shí)一段時(shí)間后，2#泵切換至工頻運(yùn)行，同時(shí)變頻器頻率由50Hz滑停至0Hz，3#泵變頻啟動(dòng)，如水壓仍不滿足，則啟動(dòng)4#泵，泵的切換過(guò)程同上；若1#、2#泵都備用，則直接啟3#變頻，具體泵的切換過(guò)程與上述類(lèi)同。同樣，若3臺(tái)泵（假設(shè)為1#、2#和3#）運(yùn)行時(shí)，3#泵變頻運(yùn)行降到0Hz，此時(shí)水壓仍處于上限值，則延時(shí)一段時(shí)間后使1#泵停止，變頻器頻率從0Hz迅速上升，若此后水壓仍處于上限值，則延時(shí)一段時(shí)間后使2#泵停止。這樣的切換過(guò)程，有效地減少泵

33、的頻繁啟停，同時(shí)在實(shí)際管網(wǎng)對(duì)水壓波動(dòng)做出反應(yīng)之前，由變頻器迅速調(diào)節(jié)，使水壓平穩(wěn)過(guò)渡，從而有效的避免了高樓用戶短時(shí)間停水的情況發(fā)生。以往的變頻恒壓供水系統(tǒng)在水壓高時(shí)，通常是采用停變頻泵，再將變頻器以工頻運(yùn)行方式切換到正在以工頻運(yùn)行的泵上進(jìn)行調(diào)節(jié)。這種切換的方式理論上要比直接切工頻的方式先進(jìn)，但其容易引起泵組的頻繁啟停，從而減少設(shè)備的使用壽命。而在該系統(tǒng)中，直接停工頻泵，同時(shí)由變頻器迅速調(diào)節(jié)，只要參數(shù)設(shè)置合適，即可實(shí)現(xiàn)泵組的無(wú)沖擊切換，使水壓過(guò)渡平穩(wěn)，有效的防止了水壓的大范圍波動(dòng)及水壓太低時(shí)的短時(shí)缺水現(xiàn)象，提高了供水品質(zhì)。2）注意事項(xiàng)要使系統(tǒng)穩(wěn)定的運(yùn)行，有幾個(gè)參數(shù)需特別注意：1. 變頻轉(zhuǎn)工頻開(kāi)關(guān)切換時(shí)間TMC設(shè)置TMC是為了確保在加泵時(shí)，泵由變頻轉(zhuǎn)為工頻的過(guò)程中，同一臺(tái)泵的變頻運(yùn)行和工頻運(yùn)行各自對(duì)