（流体机械及工程专业论文）混流式水轮机选型设计及特性曲线绘制软件的开发与研究.pdf

兰州理工人学颂十学位论文 y 7 2 撼2 7 摘要 本文旨在研究并开发出功能齐全、实用性强、界面友好的混流式水电站选 型应用软件。包括水力计算模块、工程数据库模块、绘图模块、文档处理模块。 本软件将充分利用流行的c o m ( c o m p o n e n t so b j e c tm o d e l 组件对象模型) 技术， 使用多种开发工具，将各功能划分为软件组件，各组件可独立开发，各自编译， 这样使该软件能通过多人，长时间开发及完善之后，最终成为一流的水轮机选 型及优化应用软件。该软件可实现按水电站的初始要求，通过相关的函数计算 出适用于某确定水能参数的水电站水轮机的型号和结构参数。帮助用户优化选 择出水轮机型谱数据库中的水轮机并进行经济效益分析，提供给用户最优的机 组选择方案，该软件可直接输出设计方案文档和相应的设计图纸，将大大减轻 水电站工程设计和水电设备制造单位初步设计或应、作标人员的工作量，并使 水轮机的初步选型设计实现通用化、快速化和现代化。 本文主要内容和成果： 1 ) 软件设计中涉及的数据库管理技术： 采用流行的a d o ( a c t i v e xd a t ao b j e c t ) 数据库联接技术，可以实现与 不同的数据库平台的联接，从而使本软件从单机版转为网络版。 2 ) 新型数学插值计算工况点技术： 采用自然样条插值技术，实现水轮机综合运行曲线的数字化还原以及数 据点的数值计算。 3 ) 设计图纸动态绘制技术、文档生成技术和c o m 技术： 针对某一具体情况计算出的数据，可动态地改变图纸的内容，产生符合 实际需要的图纸和文档，大大减轻了繁琐的手工劳动。 关键词：水轮机选型设计、运转特性曲线、图纸动态绘制技术、样条插值、数 据库建立、模块化结构。 兰州理t 大学坝1 二学位论文 a b s t r a c t t h ep u r p o s eo ft h i st h e s i si st ob u il dap r a c t i c a lc o m p u t ea i d e d c h o o s i n gt u r b i n es o f t w a r ew i t hf u l lf u n c t i o i l sa n df r i e n d l yu s e ri n t e r f a c e t h i ss o f t w a r ei n c l u d e sh y d r a u l i cc o m p u t i n gm o d u l e ，d a t a b a s em a n a g e m e n t m o d u l e ，s o l u t i o ne s t i m a t i n gm o d u l ea n dd o c u m e n t sh a n d t i n gm o d u l e t h e n e wa n dp o p u l a rt e c h n o l o g yc o mw a su s e df u l l yi nt h i ss o f t w a r ed e s i g n i n g t h er e a s o ni st h a ti tc a nd i v i d eac o m p l e xs o f t w a r ed e s i g ni n t om a n y m o d u l e sa n de v e r yp a r ti sb u i i ti n t ob j n a r yf i l eb yd i f f e r e e td e v e l o p i n g t o o l ，s ot h e yc a nw o r kt o g e t h e r s ot h r o u g hm a n yp e o p l e 7 sw o r ka n dl o n g t i m ed e v e i o p m e n t ，i ti sp o s s i b l et om a k et h i ss o f t w a r eb eav e r ym a t u r e a n df i r s t c l a s sa p p l i c a t i o ns o f t w a r e ，t h i ss o f t w a r e c a nh e l pu s e rt o c h o o s eat u r b i n ef r o ms t a n d a r dt u r b jn es e r i a la n dg i v ee e o n o m l ca n a l y s l s t h r o u g hr e l a t i v ef u n c t i o nc o m p u t i n gt om e e tt h ei n i t i a lr e q u i r e m e n ta n d i tw i l lo f f e rf i h a lo p t i m u mr e s u l t t h eo u t p u t so ft h i ss o f t w a r ea r et h e s o l u t i o na n dr e l a t i v ed o c u m e n t s i tc a nr e d u c et h ef u s s yw o r ko fp e o p l e w h ow o r ko nw a t e re l e c t r i c i t yg e n e r a t o rp l a n ta n dr e a l i z et h et u r b i n e s s e r i a la n dm o d e r n i z a t i o l l m a i nc o n t e n t sa n da c h i e v e m e n t s 1 ) t h i ss o f t w a r ee m p l o y st e c h n o l o g i e s i n c l u d i n g d a t a b a s e m a n a g e m e n t ：f a s h i o n a b l e c o n n e c t i o no fa d od a t a b a s e t h a tc a n r e a l i z ec o n n e c t i o nb e t w e e nd i f f e r e n td o t 曲g s ep l a t f o r m ，h e n c e i ti sv e r ye a s yt oc h a n g et h jsp cv e r s i o ni n t oan e t w o r ko n e 2 ) d y n a m i cb l u e p r i n td e s i g n i n g ，d o c u m e n t sb u i l d i n ga n dc o mt e c h ： t h i ss o f t w a r ec a na l t e rb l u e p r i n td y n a m i c a i l yo n t h eb a s eo f c o m p u t i n gd a t a a n d g i v e t h ef i n a ld o c u m e n t s ，w h i c hm e e t t h e p r a c t i c a lr e q u i r e m e n t ， 3 1i ta p p l i e sn e wm a t h e m a t l c st e c h ( i n t e r p o l a t ef u n c t i o n ) w h i c hc a n c o m p u t et h ed a t am o r ea c c u r a t e l yt h a n b e f o r e k e yw o r d s ：c o m p u t e a i d e dc h c o s i n gt u r b i n e ，p e r f o r m a n c ec u r v e ， b l u e p r i n td y n a m i cd r a w i n g ，i n t e r p o l a t i o n d a t a b a s e b u i l d i n g ，m o d u l e s t r u c t u r e 兰州理t 大学碘j 二学位论文绪论 第一部分绪论 1 1水轮机选型设计软件开发的必要性和目的 自然界中有多种能源，目前已被利用的能源中主要有热能、风能、水能和 核能。其中水能是可再生资源，开发利用水能资源可以更多地保存矿物能源， 合理利用资源，有明显的经济效益、社会效益和环境效益。随着经济的发展和 现代化的实现，煤炭使用的数量和煤炭用于发电的比例都将增大，污染物的排 放量和对环境的影响也越来越严重。水力发电是清洁的能源，对环境无污染。 从长远来看，对全球建立可持续发展的能源系统是十分有利的。 水力发电就是将水能转变为电能【1 1 ，在电力工业中起着特殊的作用。为了 利用电能，必须修建水工建筑物以集中落差、控制流量和输送水流。当水流从 上游通过水轮机流向下游时，水轮机将水能转变为机械能，再经发电机转变为 电能。因此，水电站是将水能转变为电能的设备和建筑物的综合体，是生成电 能的企业。水能发电、火力发电与核能发电相比有许多优点，例如成本低，运 行管理简单、启动快，能源消耗少，适于调峰和调频，污染小等。 水轮机是水电站中的重要设备，它是水力原动机，水轮机的过流通道由引 水部件、导水机构、转轮和泄水部件等组成。起着将水能转变为轴的旋转机械 能的作用。能量的转换是借助转轮叶片与水流相互作用来实现的。水轮机的好 坏直接决定水电站经济效益的高低。所以水轮机的选择是水电站设计中的一个 重要内容。根据转轮内水流运动特征和转轮转换水流能量形式的不同，现代水 轮机可划分为反击式和冲击式两大类。 根据水流在转轮内运动方向的特征和转轮构造的特点，反击式水轮机分为 混流式、轴流式、斜流式和贯流式。 在混流式水轮机的轴面投影圈中，水流由径向进入转轮，然后轴向出去。 混流式水轮机结构紧凑、运行可靠、效率高，能适应很宽的水头范围，是目前 应用最广泛的水轮机机型之一。 本文旨在研究并开发出功能齐全、实用性强、界面友好的水电站混流式水 轮机选型应用软件。包括水力计算模块、工程数据库模块、工程技术经济评价 模块、绘图模块、文档处理模块。本软件将充分利用流行的c o m ( c o m p o n e n t s o b j e c zm o d e l 组件对象模型) 技术，使用多种开发工具，将各功能划分为软件 组件，各组件可独立开发，各自编译，这样使该软件能通过多人，长时间开发 及完善之后，最终成为一流的水轮机选型及优化应用软件。该软件可实现按水 电站的初始要求，通过相关的函数计算出适用于水电站水力水能参数的水轮机 的相关数据，帮助用户优化选择出水轮机型谱数据库中的水轮机并进行经济效 益分析，提供给用户最优的水轮机选择方案。该软件可直接输出设计方案文档 和相应的设计图纸，将大大减轻水电站工程设计水电设备制造单位初步设计或 应、投标人员的工作量，并使水轮机的选型设计实现通用化、快速化和现代化。 该软件设计中涉及的关键技术有数据库管理技术、新型数学插值计算工况点技 术、设计图纸动态绘制技术、文档生成技术和t o m 技术。可以采用不同的数据 库平台联接，从而使本软件从单机版转为网络版。软件功能的实现和上述技术 的使用使该软件能够在使用中由丌发人员不断完善，最终成为具有国内外一流 专业水准的水轮机选型应用软件。从而为舀家的水电事业的发展做出贡献。 兰卅i 理t 大学硕j ：学位论文 1 2 国内外研究现状及发展趋势 1 ) 本课题国际研究现状 计算机开发语言现已发展到第四代，近年来，国外大型商业软件的开发多 采用c o m 技术，支持该技术的开发语言几乎包括了现今流行的全部可视化语言 如v c 6 0 、v i s u a l 、b a s i c 6 ，0 、p o w e r b u i l d e r 7 0 、d e 。p h 5 0 等。c o m 是m i c r o s o f t 生成软件标准，是构造二进制兼容软件组件的规范。它使用广泛，提供丰富的 集成服务、各种易用和丰富的应用程序，还提供了目前唯一可行的可复用、现 成的客户机与服务器组件市场。组件的概念就是一个软件块，专门完成特定的 预定工作。任何程序都可以使用组件，由于组件是自给自足，很容易替换，更 因为组件是一次编写，可到处使用。如果一个组件的业务功能发生改变，我们 只需要更新或替换该组件而不必重新编译一个新程序。 2 ) 本课题国内研究现状 近几年来，由于计算机技术快速发展和普及，国内近几年在水轮机选型及 辅助设计领域做了许多工作，在水轮机选型软件方面，许多单位用计算机对水 轮机的水力设计进行了编程尝试：在二十世纪八十年代末九十年代初，一些结 构化高级语言是水轮机选型计算机编程的主流。华中理工大学在a u t o c a dr 1 3 基础上使用l i s p 语言编制了水轮机部分水力计算和特性曲线绘制的软件。该软 件输入设计水轮机的原始数据( h ，p ，q ) ，经过初步计算，计算出该水轮机的 参考参数。清华大学在1 9 9 3 年使用v b 3 0 开发了水轮机选型程序，其功能较为 完善，但这些软件是在d o s 或w i n d o w s 3 1 环境下开发的，存在的问题是人机界 面生硬、使用复杂、维护困难和安全性差。并且软件没有对可行方案进行优化 选择，缺乏技术经济评估。在确定水轮机设计工况点，多采用线性插值，精度 不是很高。通过对使用该两套软件的单位调查表明，用户反映较差，基本处于 停滞或未使用的境地。故本软件的开发研究将具有重大的理论意义和实用价值。 3 ) 开发趋势 今后国内外水轮机选型软件的开发与发展趋势将是： l 、人机界面更加友好； 2 、运行于当前流行操作平台； 3 、基于网络应用； 4 、基于现行数据库技术； 5 、易于维护，最好是网上维护： 6 、文档的处理基于m i c r o s o f to f f i c e 。 7 、随着计算机技术和网络技术的发展以及流体力学理论的不断完善，将逐 步形成完整的现代水轮机设计方法，水轮机选型设计的计算机辅助设计 系统将逐渐发展成为一个综合的具有网络功能的水轮机设计系统。 1 3 现有条件 本项目组的老师和同学已完成了一些前期工作，并有长期水轮机设计方丽 的丰富经验。现有软件和硬件较齐全，建立了流体机械内部流动c f d 计算局域 网和小型工作站以及f l u e n t 6 1 、f i n e 等计算软件。 1 4 本文的主要工作和意义 本文依据水轮机的设计理论和方法，按标准水轮机型谱参数表和相应计算 公式计算。大量的数据取自水轮机的模型综合特性曲线。基于水轮机的模型综 兰州1 理丁人学颂1 擘位沦文 绪论 合特性曲线是由大量实验数据绘制，曲线不是规则的数学函数曲线，因此在数 字量化时，采用三次样条插值算法取采样点，在计算水轮机运行工况点数据时， 多次采用插值运算，这样提高了计算精度，减少了误差。 在软件开发过程中，尽量把水轮机选择的计算功能、数据库管理功能、图 形绘制功能以及文档处理功能等都统整合在软件中，从而减少了设计者在水 轮机选型方面的工作量，具有较高的实用价值。 本项研究的主要工作体现在以下儿个方面： 1 、软件设计中涉及的数据库管理技术： 采用流行的a d o ( a c t i v e xd a t ao b j e c t ) 数据库联接技术，可以实现与不 同的数据库平台的联接，从而使本软件从单机版转为网络版。 2 、新型数学插值计算工况点技术： 采用自然样条插值技术，实现水轮机综合运行曲线的数字化还原以及数据 点的数值计算 3 、使用v i s u a lb a s i c 6 0 作为软件开发工具，使本软件具有w i n d o w s 标准 对话框，人机界面友好，便于学习和操作。 4 、使用m a t h w o r k 公司的c o m 组件软件m a t r i x v b 作为数学计算的开发工 具，在不增加了：i 发成本的情况下，大大减轻了软件开发的工作量，提高了数学 计算的准确性。 5 、在v i s u a lb a s i c 6 0 中编码实现调用w o r d 2 0 0 0 和a u t o c a d 2 0 0 0 软件的 功能，实现了本程序对文档和图形的自动处理。 兰州理工大学硕士学位论文 第二部分水轮机选型设计理论 第二部分水轮机的选型设计 2 1 水轮机选型设计的原始资料、任务及原则 水能规划或初步设计阶段，在设计出水库的正常高水位，枯水位和电站装 机容量后，就要进行水电站动力设备的选择。水轮机是水电厂的主要动力设备 之一，因此水轮机选型设计是动力设备选择的主要内容口】。水电厂是一个出许 多机械设备、电气设备和水工建筑物组成的有机整体，进行水轮机选型设计时， 应考虑到有关电气、其它机械设备和水工建筑等各方面的因素。 水轮机选型设计是水电站设计中的一项重要任务”】。水轮机的型式选择是否 合理，对水电站的动能经济及运行稳定性、可靠性都有着重要影响，水轮机选 型过程中一般根据水电站的开发形式、动能参数、水工建筑物的布置等，并考 虑国内外已经生产的水轮机的参数和制造厂的生产水平，拟选定若干个方案进 行技术经济比较，最终确定水轮机的最佳型式和参数h 5 ；。 2 1 1水轮机选型设计内容、要求和所需的技术资料 1 、水轮机选型设计所需的原始资料 ( 1 ) 枢纽资料： 包括河流的水能总体规划、流域的水文地质、水能开发房、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 的施工方式及规划等。还应包括经过严格分析核准的水能基本参数，诸如电 站的最小水头、最大水头、加权平均水头、设计水头及各种特征流量 q 。矿鳊矿q 。典型年( 设计水平年、丰水年、枯水年) 等的水头、流量过程 线。还要有电站的总装机容量、保证出力及水电站下游水位流量若系曲线。 ( 2 ) 电力系统资料 包括电力系统负荷组成、设计水平年负荷、典型日负荷圉、远景负荷图、 设计电厂在电力系统中的地位和作用，例如调峰、基荷、调相、事故备用的要 求及与其他电站并列调配运行方式等。 ( 3 ) 水轮机设备产品技术资料 包括国内外水轮机型谱、产品规范及其特性；同类水电站的水轮机的参数 与运行经验、问题等。 ( 4 ) 运输及安装条件 通向水电站的水陆交通情况，如公路、水路等。设备现场装配条件，大型 专用加工设备在现场临时建造的可链性及经济性除此之外，还应有水电站的水 质详细资料：包括z k 质的化学成分、含气量、泥沙含量等。 2 、水轮机选型的内容 ( 1 ) 确定单机容量及机组台数。 ( 2 ) 确定机型与装置型式。 ( 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 向水推力及飞逸转速等参数。 ( 4 ) 绘制运转综合特性曲线。 兰州理工大学硕士学位论文 第二部分水轮机选型设计理论 ( 5 ) 计算水轮机的外型尺寸、重量与价格。 ( 6 ) 根据选定的水轮机型号与参数、结合水轮机的结构、材质、运行等 方面的要求，向制造厂提出制造任务书或招标文件等。 3 、水轮机选型的基本原则6 1 ( 1 ) 在设计水头下水轮机能发额定出力。 ( 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， 使电站运行的平均效率尽可能高。 ( 3 ) 水轮机的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， 有良好的抗汽蚀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 质要保证水轮机有良好的抗磨损、抗汽蚀性能。 ( 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 ) 机组的供货应落实，提出的技术要求应符合制造厂的设计、实验与制造水 平。 ( 6 ) 机组的最大部件和最重部件要考虑运输方式与可能性。 2 1 2 、水轮机选型设计的基本方法概述 l 、应用统计资料选择水轮机 这种方法以已建水电站的统计资料为基础【7 8 9 】，通过汇集、统计国内外已建 水电站的水轮机的基本参数，再把它们按水轮机型式、应用水头、单机容量等 参数进行分析归类在此基础上，用数理统计法做出水轮机的比转速、 单位参数与应用水头的关系趣线= 八h ) ，q 。= 八日) 及电站 汽蚀系数与比转速的关系曲线o - = f ( n 。) ，或者用数值逼近法得出关于这些参数 的经验公式。当确定水电站的装机容量与水头等参数后，可以根据统计曲线或 经验公式确定水轮机的型式与基本参数按照选定的水轮机参数向制造厂提出 生产任务书，由制造厂生产出符合用户要求的水轮机。 2 、按水轮机系列型谱选择水轮机 水轮机设备被系列化、通用化与标准化，制定了水轮机型谱为每一水头段配 置了一种或两种水轮机转轮，并通过模型试验获得了各种型号水轮机的基本参 数与模型综合特性曲线。这样，设计者可以根据水轮机系列型谱与模型综合特 性曲线选择水轮机型号与参数。 3 、用套用法选择水轮机 直接套用与拟建电站的基本参数( 水头、容量) 相近的已建电站的水轮机型 号与参数。多用于小型水电站的设计，可以使设计工作大为简化。 2 2 水轮机选型计算的步骤与内容 l 、电站基本参数的输入 运用人机对话方式输入水电站基本设计参数，特征水头 ( h ，日。，h 。，h ，) 装机容量n ，尾水设计高程等。 2 、型号选择 5 一 兰州型t 人学删f 学位论义 第一部分水轮机选型设计联论 初步计算d ，时原型水轮机的效率7 7 是未知的，初步估计时可近似取所选择 的额定工况点的模型效率在习。，再加上2 一3 的修正值，待d ，求出后，再按 效率换算式加以修正。 ( 2 ) 转速计算 + 訾川m i n ， 式中： h 一原型水轮机设计单位转速，”m = h o m + ”： 日。水电站平均水头，m ； ，。 一一模型最优单位转速； 锄1 i 一一单位转速修正值，当a n l ， o 0 3 n 0 。时可忽略。 ( 3 ) 转轮直径与水轮机转速圆整 直径圆整：根据转轮直径标准系列值选取标准值一般取接近计算值的偏大 值。但当用标准值使水轮机的参数明显不合理时，可宜接采用计算值，特别高 水头或大容量机组可不受标准直径系列值的限制。 转轮标准直径尺寸( c m ) 系列： 2 5 ，3 0 ，3 5 ，4 2 ，( 4 0 ) ，5 0 ，6 0 ，7 1 ，8 4 ，( 8 0 ) ，1 0 0 ，1 2 0 ，1 4 0 ，1 6 0 ，1 8 0 ， 2 0 0 ，2 2 5 ，2 5 0 ，2 7 0 ，3 0 0 ， 3 8 0 ，4 1 0 ，4 5 0 ，5 0 0 ，6 0 0 ，( 以下每隔5 0 c m 进级) 1 0 0 0 转速圆整：计算所得的n 一般不是发电机的同步转速。对于直联式水轮机发 电机组，应把水轮机的计算转速圆整为一个相应的发电机同步转速。圆整时， 一般取一个大于计算值的最接近的标准同步转速值。但当计算值与低一挡的同 步转速值相差特别小时也可以考虑取消低于计算值的同步转速值，这样可以保 证水轮机的工作范围不过多偏离最优效率区。现在也有采用非标准直径系列的 转轮直径，这在软件设计中同样适用。发电机标准同步转速如表( 1 ) 所示 表】：发电机同步转速标准系列( 厂= 5 0 h ：) 磁极 34567891 0 对数 同步 1 0 0 07 5 06 0 05 0 04 2 83 7 53 3 33 0 0 转速 磁极 1 21 41 61 82 0 2 2 2 42 6 对数 i 同步 2 5 02 1 41 8 71 6 61 5 01 3 6i 2 5 1 1 5 i 转速 l 磁极 2 83 03 23 43 63 8 4 04 2 兰卅理工大学硕士学位论文 第二部分水轮机造型设计理论 l 对数 f 同步 1 0 71 0 09 3 88 8 2 8 3 3 7 9 7 57 1 4 转速 磁极 4 44 64 85 05 25 4 对数 同步6 8 26 5 26 2 56 05 7 75 5 5 转速 磁极34 56789 1 0 对数 同步 1 0 0 07 5 0 6 0 05 0 0 4 2 83 7 5 3 3 3 3 0 0 转速 磁极 1 21 41 61 82 02 2 2 4 2 6 对数 同步 2 5 02 1 41 8 7 1 6 6 1 5 01 3 6 1 2 5 1 1 5 转速 磁极 2 83 03 23 43 63 84 04 2 对数 同步 1 0 71 0 0 9 3 88 8 28 3 37 97 57 1 4 转速 磁极 4 44 6 4 85 05 25 4 对数 同步 6 8 26 5 2 6 2 56 05 7 75 5 5 转速 ( 4 ) 水轮机单位参数修正值计算 原型机最优效率： 矾，= i 一( 1 一矾。) 口。d l ( j v 1 5 0 m ) a z l 】= 叩o ，一可o 。 a z l 。水轮机异型部件引起的修正值 a q ，制造水平引起的修正值 效率修正值叩= a q i + a q 2 + a q 3 式中： 7 7 。，一一原型机最优效率 7 7 。一一模型机最优效率 d 。一一一模型转轮直径 单位转速修正值：a n 。= 啊。( 吼, 7 。一1 ) 在一般设计中，当a n ， 3 n l l o m 可以不进行修正。 5 、水轮机工作范围图计算与绘制 ( 1 ) 设计工况点的单位流量计算： 8 兰州理工大学砸j i 学位论文 第二部分水轮机选型设计理论 q 帅= 只( 9 8 17 7 p d l 2 ，3 ”) 以止e 判断水粘利l 仕设计上犹r 是订l | 1 岂友钡疋出刀。 ( 2 ) 计算出各个水头f 的模型单位转速 。2 涛幽“ 2 等幽n t i i m a x2 意“一i 一2 参幽- ， h 。一一水电站最大水头 + + h 。一一水电站平均水头 “”h 一一水电站最小水头 h 。一一水电站设计水头 绘出模型转轮综合特性曲线上等效率线上的最内圈线、5 出力限制线及经 讨l 沭计簋的单俯转谏作7 k 平线即工作范围图。计算值。应与模型最优单位 f l l o m 转速较接近，n 。、”。的范围应包括在最优效率区。 6 、方案比较 对选择的满足条件的所有转轮型号，分别进行参数计算并进行工作范围校 核；对各种转轮型号进行技术经济比较确定最优的转轮，如转轮制造的成本比 较，设备的运输成本及水电站的运转成本比较，使所选水轮机能在高效区运行， 具有良好的抗汽蚀、磨损等性能。最后输出水轮机的设计参数。 7 、计算水轮机流量q 。 g 2 面而而 要求：9 ， c b xc b nb o f l u o ft 甘l - 。 rj p bi bg p c b h c k b o xo bo p t 啪b u t t 哪0 go t i o n g r o u p t b1 e x t l o xs es u b e 。r c b xc o mb ob 口x c b n c 日a l d b l t 。db o f - b c un4 ： o b t c t f p a r e 。 u o fu b c u n d o b 血c t f n ft i b t o 酣i 曲u t t i o r l bl h 2 ”“。8 k 附筠瓣端对l 照b + 表l a “叫“4 帅 3 ) 每一对象类中，对实例进行定义和编辑的方法出窗口的菜单条上的各个 菜单命令及工具条上的一部分工具图符表示。用户选用菜单命令或工具 图符，就是向对象发送消息。由这些消息驱动b d e 中封装在相应对象类 中的方法，实现用户对实例进行定义或编辑的意图。 4 ) d a t a b a s e 窗口既支持运行又运行开发，在窗口系统中处于中心的位置。 在d a t a b a s e 窗口中，当通过相应的图符切换到它所含有的子对象类的 窗口时，向用户提供了3 种视图可供选择。n e w 视图是用于创建新实例 的环境，d e s i g n 视图是对实例进行修改的环境，这两种视图都是b d e 的组成部分。第三种视图o p e n ( r u n ，p r e v i e w ) 则提供运行支持。但就 系统开发来说，o p e n 视图可用于即时调试，所以也是b d e 的组成部分。 在定义和编辑一个对象时立即可以观察运行效果，体现了b d e 关于系统 开发的完备性。 5 ) 任何对象实例都有一个属性表来定义实例，以及完成行为和数据的封 装。属性表的长短因对象而异，一般说来，属性衷中含有四类属性，即 物理属性、状态属性、数据属性和事件属性。物理属性规定实例是否可 见以及可见的条件等：事件属性实现数据和方法的封装，保证事件驱动 的结 果，实际上，属性表是实例具体存在的依据。 兰州理工夫学硕上：学位论文 第三都分水轮机选型设计的软件开发 s q l 语。言 s q l 全称是“结构化查询语言( s t r u c t u r e dq u e r yl a n g u a g e ) ”，最早的是 i b m 的圣约瑟研究实验室为其关系数据库管理系统s y e s t e m r 丌发的一种查询语 言，它的前身是s e q u e l 语言。s q l 语言结构简洁，功能强大，简单易学，所以 自从i b m 公司1 9 8 1 年推出以来，s q l 语言得到了广泛的应用。大多数的数据库 如o r a c l e ，s q ls e r v e r ，v i s u a f o x p r o ，p o w e r b u i l d e r ，都支持s q l 语言作为 查询语言。 s t r u c t u r e dq u e r yl a n g u a g e 包含4 个部分： 数据查询语言d q l d a t aq u e r yl a n g u a g e 最常见的语句是s e l e c t 。 事务处理语言t c l t r a n s a c t i o nc o m m i tl a n g u a g e 数据操纵语言+ d m l d a t am a n i p u l a t i o nl a n g u a g e 典型的如i n s e r t 语句 等。 数据定义语言d d l d a t ad e f i n i t i o nl a n g u a g e 如c r e a t ei n d e x 语句等。 数据控制语言。d c l d a t ac o n t r o ll a n g u a g e 。 游标定义语言c c l c u r s o rc i r c u m s c r i p t i o nl a n g u a g e s q l 使全部用户，包括应用程序员、d b a 管理员和终端用户受益优点： ( 1 ) 非过程化语言 s o l 是一个非过程化的语言，因为它一次处理一个记录，对数据提供自 动导航。s o l 允许用户在高层的数据结构上工作，而不对单个记录进行操作， 可操作记录集。所有s q l 语句接受集合作为输入，返回集合作为输出。s q l 的集合特性允许一条s q l 语句的结果作为另一条s q l 语句的输入。s q l 不要求 用户指定对数据的存放方法。 ( 2 ) 统一的语言 s q l 可用于所有用户的d b 活动模型，包括系统管理员、数据库管理员、应 用程序员、决策支持系统人员及许多其它类型的终端用户。基本的s q l 命令 只需很少时怄j 就能学会，最高级的命令在几天内便可掌握。s q l 为许多任务 提供了命令，包括： 查询数据 在表中插入、修改和删除记录 建立、修改和删除数据对象 控制对数据和数据对象的存取 保证数据库一致性和完整性 ( 3 ) 是所有关系数据库的公共语言 由于所有主要的关系数据库管理系统都支持s q l 语言，用户可将使用s q l 的技能从一个r d b m s 转到另一个。所有用s q l 编写的程序部是可以移植的。 m a t r i xv b 组件软件 m a t hw o r k 公司的m a t r i xv b 作为m a t l a b 软件的一个c o m 分发组件”、”】， m a t r i x v b 是m a t h w o r k s 针对v b 提供的一个m a t l a b 库，它提供了6 0 0 多个函 数，包括基本的数学运算和功能强大的信号处理、线性代数、串运算及图形 图像处理功能等，为v b 提供了强大的功能扩展。在v b 中使用该数学工具包 可避免重复性劳动，从而减少丌发人员实现算法和界面设计的困难。 m a t r i x v b 是一一个独立的产品( 可以从w w w m a t h w o r k s e o m 得到) ，其使用 十分方便。m a t r i x v b 安装完成届，只需在v b 工程中引用m a t r i x 即可，示例 代码如下：说明：工业生产中经常需要对采集到的原始信号迸行分析，并对 兰州理工大学坝士学位论义 第三部分水轮机选型设计的软件开发 分析结果进行实时的图形化显示，下面通过在v b 中引用m a t r i x 来实现这一 功能 1 5 , 1 6 , 17 , 1 8 1 。代码如下： d i ma xa sv m - i a n t 声明坐标轴 p r i r a t es u bf o r m r e s i z e ( ) v b r e f r e s ha x 刷新坐标轴 e n ds u b p r i v a t es u bf o r m _ l o a d 0 a x = v b a x e s ( f o l m 1 h w n d ) 将坐标轴冒于窗体 c a l lf o r m r e s i z e e n ds u b p r i v a t es u bc o m m a n d i c 1 i c k ( ) d i mi ，ca sm a t r i x 声明向量 d i m 【f la si n t e g e r r 从数据库中取原始信号存入一维向量i ，取其对应的碳含量存入维向量c m 为向量i 、c 的元素个数 c a l li c h e c k ( i ，c ，mj 侧用校正函数 e n ds u b p r i v a t es u bi c h e c k ( ia sv a r i a n t ，ca sv a r i a n t ，b y v a l ma si n t e g e r ) d i mi i ，c c ，za sm a t r i x d i ma o ，a l ，a 2a sd o u b l e i i = z e r o s ( m ，1 ) c c = z e r o s ( m ，1 ) i i ( c o l o n ( 1 ，m ) ) = i ( c o l o n ( 1 ，m ) ) c c ( c o l o n ( 1 ，m ) ) = c ( c o l o n ( 1 ，m ) ) 多项式拟和求解 z = p o l y f i t ( i i ，c c ，2 ) 2 浇明用二项式拟和 a 0 = z r l ( 1 )a 0 为二次项系数 a 1 = z r 1 ( 2 )a l 为。一次项系数 a 2 ：z r l ( 3 ) a 2 为0 次项系数 c l e a ra x e s 清除坐标轴 t = s o r t ( i i ) 对原始信号排序，以确定作图区间 j = l i n s p a c e ( t ( 1 ) r l ( 1 ) ，t ( 1 ) r ( m ) ，2 0 ) 横坐标向量 c u v = p l u s ( p l u s ( t i m e s ( a o ，t i m e s ( x ，x ) ) ， t i m e s ( a l ，x ) ) ，a 2 )纵坐标向量 t m p = p l o t ( j ，c u r ) 绘制曲线 h o l d ( ”o n ”) t m d = p l o t ( i i ，c c ，”r ”) 绘制点 h o l d ( ”o f f ”) e n d s u b 兰州理工大学硕士学位论文 第三部分水轮机选型设计的软件开发 m a t r i x v b 可以完成本软件的复杂数学运算，在开发完毕后，其d l l 文件包 含在本软件的安装软件中一起分发，不需要客户另外花钱购买安装，节约了用 户的使用成本。a u t o c a d 软件在广大工程设计人员中得到广泛应用并具有很好的 口碑( 】”，是图纸软件处理的不二之选。w o r d 2 0 0 0 文档处理软件作为o f f i c e2 0 0 0 软件中主要部分，是基于w i n d o w s 平台文字处理工具的最广泛的软件，且电不 需要增加用户的额外使用成本。 3 2 软件的组成 本软件按照功能划分为如下几个模块：水轮机选型模块、数据库管理模块、 绘图模块、文档处理模块。水轮机选型模块中包含初始条件输入功能、水力计 算功能、水轮机选型功能。数据库管理模块包括水轮机标准型谱数据库的建立 和维护、用户档案的建立和维护、数据字典的建立和维护功能。绘图模块包括 按最终方案输出工程图纸、各种曲线的绘制功能。文档处理模块根据最终方案 形成标准的w o r d 文档输出，可供用户浏读和修改。 本软件的组成如下图所示： 图3 水轮机选型软件模块图 3 2 1 、水轮机选型模块 水轮机选型模块是本软件的主要部分，其功能是根据给定的初始条件即水 电站工程的初步调研情况所得到的水文和环境信息，通过水轮机选型的水力计 算和经济效益考虑，从标准水轮机型谱中选出符合要求的水轮机。 l 、项目的打开 兰型型三塑坠! 兰垡堡兰 笙三塑坌查笙垫丝型堡堕塑墼壁茎垄 该功能打丌一个项目，有两种方式 立新项目处理，包括新项目名称的输入 在已有项目列表中选择要打丌的项目。 2 、项目的初始条件 1 ) 如果浚项目是一个新项目，则按建 项目备注输入；2 ) 打开个已有项目， 该功能是修改和输入当前项目的初始条件信息，基本参数包括：最大水头、 最小水头、加权平均水头、设计水头、最大流量、最小流量、装机容量、安装 高度、水平年水头、丰水年水头、枯水年水头：其它参数包括：现场施工条件 等。 3 、水轮机的型号选择 该功能根据已知初始条件，从标准型谱中初步选出符合条件的水轮机型号， 并按相应的公式计算其部分参数如：水轮机台数、单机容量、设计转速、比转 速、水轮机直径、水轮机效率、水轮机最高转速、水轮机最低转速。 4 、水轮机候选型号分析 该功能根据步骤3 计算出所选水轮机型号的各参数选出最佳的水轮机型号。 所列的选型条件育：根据最优工况点是否在运行范围内；根据比转速推荐选用； 根据最小直径推荐使用；根据最大效率推荐使用。 5 、选型结果 该功能根据选出的一个最符合要求的水轮机型号完成其它的运算包括：调用 绘图模块绘制运转综合特性曲线，蜗壳水力计算及蜗壳单线绘制，尾水管水力 计算及尾水管的单线绘制，厂房布置图。 3 2 2数据库管理模块 数据库的数量和质量将直接决定着应用程序的实际应用价值。没有一定量 的数据库，它的应用将缺乏普遍性，不能得到广泛的应用，而没有质量保证的 数据库将直接影响计算结果，使结果的可靠性大打折扣，甚至无可靠性而言。 因此，我们不但要扩充数据库，同时还要保证数据库的质量。那么在数据库的 建立方面，既要完成数据库的建立，还要注意数据库的检验和修改。 数据库管理模块是处理本软件数据的存放和修改，实现对数据的增加、删 除、修改和保存功能。其数据库的数据是本选型软件的各部分操作的基础， 所以其操作的安全性、操作的方便性和数据的完整性是本软件水轮机设计优先 考虑的。 该软件的数据库表包括：标准系列型谱参数、标准系列型谱参数综合运行 曲线、项目表、候选水轮机型号表；数据字典表包括：转轮标准直径，转速的 标准值，磁极对数表等；用户管理表有系统用户表。 ( 1 ) 标准系列型谱参数表( 表名s l j x p ) 该表进行选型设计的主要计算依据，其结构和表的定义如下： 表2 ：标准系列型谱参数表s l j x p 字段名数据类型字段说明 m i d自动编号 序号 转轮型号文本转轮型号 水头h l数字推荐使用水头下限 水头h h数字推荐使用水头上限 模型转轮d数字模型转轮直径d | b 0数字 导叶高度 z 1数字转轮叶片数 兰州理工大学坝士学位论文 第三部分水轮机选型设计的软件开发 d o 数字 导叶轴线所在的圆周直径 z o 数字导叶数 i n 1 0 数字最优工况单位转速 q i o数字最优工况单位流量 e o数字 最优工况效率 n s o数字 最优工况比转速 p o数字 最优工况空化系数 q l数字限制工况单位流量 e 数字限制工况效率 f n l数字限制工况单位转速 l p 数字限制工况空化系数 j 单位飞逸转速数字单位飞逸转速 ik数字 水推力系数 包角数字蜗壳包角 a数字蜗壳流速系数 导叶形线文本导时形线 肘管型号文本尾水管肘管型号 h数字 尾水管高度 l数字尾水管长度 能量数字模型试验水头能量 汽蚀数字模型试验水头汽蚀 备注文本 c a d文本尾水管c a d 图 因为该表数据几乎包括标准型谱水轮杌的所有的性能参数，而鼠在软件的 各部分运算工程中都要使用浚表中的数据，所以该表是本软件中最重要的数据 表。对于该表的操作有增加、删除、修改、取消和保存功能。 ( 2 ) 标准系列型谱参数综合特性曲线表( 表名t a b z h q x ) 标准系列型谱参数综合特性曲线是水轮机的重要参数，在水轮机选型工程 中计算水轮机效率、工况点进行情况、运行范围等参数是