【正文】 水電站動力設備 CAD 第一講 緒論 講授內容 : （１） 計算機輔助設計系統(tǒng)的構成 （２） ＣＡＤ常用的語言與平臺 （３） 水電站動力設備ＣＡＤ的特點 講授時間：１學時 講授方式：課堂教學 重點 ： 水電站動力設備ＣＡＤ的特點與功能 學習要求：對水電站動力設備ＣＡＤ形成初步認識 ? 學習本課程的目的與方法 ? 計算機 ? 計算方法 專業(yè)設計 橋梁 ＣＡＤ基礎 本課程的主要內容：１） 技術資料的計算機處理 ２） 圖形的計算機處理 ３） 實用工程ＣＡＤ程序的設計 本課程與ＡｕｔｏＣＡＤ的區(qū)別： ＡｕｔｏＣＡＤ：一種專用工程圖設計工具 本課程：針對水電站動力設備工程設計的實 用技術與技巧。 ? 第一節(jié)：支持ＣＡＤ的必要硬件系統(tǒng) 一、工程ＣＡＤ的功能要求 １）技術資料的計算機處理 ２）計算與分析：常規(guī)計算、數值計算、邏輯分析 ３）圖形的處理：技術資料中的圖形處理 工程圖形的設計與繪制 ４）設計文件的形成：設計說明書、計算書等 ? 二、系統(tǒng)硬件 １、主機：足夠大的內存與較快的運算能力。 輸入設備： 1）文字輸入：鍵盤、手寫、語音。 2）圖形輸入：鍵盤、數字化儀、掃描儀等。 輸出設備： 1）顯示器（高分）、 2）打印機、 3）繪圖儀。 ? 三、軟件系統(tǒng) ? 操作平臺： dos,Windows\Unix 等 ? 語言環(huán)境： QB、 C、 VB、 Fortran等 ? 輔助軟件：支持繪圖儀、掃描儀、打印機的軟件 ? 四、水電站動力設備 CAD的特點 ? 復雜系統(tǒng)的設計：設備選擇、計算、系統(tǒng)設計、設備設置等，過程復雜。 ? 不確定性：各種可能方案、人為因多。 ? 程序的智能化要求：設計思想 —— 設計數學模型 —— 程序。 ? 綜合過程：設計方案擬定 — 設計計算 — 方案比較與評價 — 工程圖繪制 ? 需要解決的問題 ? 大量技術資料的計算機處理：存取、引用。 ? 人的設計思想的程序化。 ? 通用、專用應用程序的設計。 ? 第二講、技術資料的計算機處理 本講內容 1）技術資料的種類及在工程中的應用。 2）技術資料處理的原則 3）文字型技術資料的處理 講授時間 ： 2學時 授課方式： 課堂教學 重點： 技術資料處理原則 學習要求 ：了解用計算機處理技術資料的基本思路。 ? 一、技術資料的種類 及在工程中的應用 ? 文字型 ：用文字描述的技術資料：設計規(guī)程，設計方法說明、指令性文件。＿設計的重要依據． ? 數表型： 用表格形式表達的數據（數據資料）．來源于函數、統(tǒng)計（經驗）、試驗。設計依據（參數選擇）。 ? 線圖類： 用曲線表達的技術資料（數據類）。來源于函數、統(tǒng)計（經驗）、試驗。設計依據（參數選擇）。 ? 圖形類 ： 用圖形描述的技術資料：如 結構圖 （結構原理與尺寸）、 系統(tǒng)圖 （如水電站水系統(tǒng)、電站住接線圖等、系統(tǒng)元素構成、邏輯關系年）、 ? 圖片類 ：用圖派片描述的技術資料（照片、效果圖、三維圖形等，表達實物形貌、色彩及其視覺效果）。 ? 二、計算機處理技術資料的一般原則： 適應不同目的有不同的處理方式 １、（閱讀）索引 ： 原文錄入，按章節(jié)、作者、頁碼、關鍵詞檢索。 ２、數據引用： 按數據的函數關系輸入，用檢索或插值引用。 ? 三、文字型資料的計算機處理 １、文字型資料例子：“發(fā)電機轉子允許線速度與轉子結構、材料的關系”： “發(fā)電機轉子線速度Ｕ ｆ 與轉子材料與結構有關， A3鋼板疊裝的轉子，Ｕ ｆ 為１１０～１２０ m/s. ，高強度鋼板疊裝的轉子，Ｕ ｆ 可達１５５ m/s. ，整環(huán)裝配或鍛造的轉子，Ｕ ｆ 為１６０～１７０ m/s. 處理方法：找出數據函數關系 — 變?yōu)閿当?— 按函數關系輸入數表 １）函數關系： Uf=(轉子材料與結構） 2）數表化： 序號 轉子材料與結構 T(I) 線速度下限Uf1(I) 線速度上限 Uf2(I) 1 2 3 A3鋼板 T(1) 高強度鋼板 T(2) 整環(huán)鋼板或鍛造 T(3) 110 155 160 120 155 170 ? 3) 數組化 T(I)=[1,2,3]。 Uf1(I)=[110,155,160]。 Uf1(2)=[120,155,170]。 4) 數組輸入計算機 5）引用：給出 T(I), 檢索 Uf1(I),Uf2(I) ? 其他例子：水輪機調節(jié)保證計算 水輪機蝸殼壓力上升允許值：水輪機蝸殼壓力上升最大允許值：額定水頭在40米以下時不得大于 70%，額定水頭在 40~100米時不得大于 50%，額定水頭在 100米以上時不得大于 30%。 處理方法： ? 數表化 水輪機水頭 H(m) 蝸殼壓力上升允許值△H/H(%) 40 40~100 100 =70 =50 =30 水輪機水頭下限H1(I)(m) 水輪機水頭上限H2(I)(m) 蝸殼壓力上升允許值 DH(I) 0 41 101 40 100 700 數組標準化 數表輸入計算機 ? 第二講 技術資料的計算機處理 — 數表、曲線的處理 一、數表的處理 數表的種類與特征 種類：函數數表、經驗數表、試驗數表； 特征 1：規(guī)則數表、不規(guī)則數表。 特征 2：一維、二維、多維 處理原則：便于儲存、便于引用 ? 二、一維數表 規(guī)則一維數表的處理 定義：表達 y=f(x)關系的數表 形式：軸流式水輪機軸向水推力系數 K 與葉片數的關系： z1 4 5 6 7 8 K ? 處理方法 1）用兩個一位數組分別表示自變量余函數 Z1(i)={4,5,6,7,8}。 K(i)={,}。 2）按照對應關系輸入兩個數組； 3）引用：給定 z1(i),檢索 K(I). ? 不規(guī)則一維數表的處理 （ 1）不規(guī)則數表：自變量或函數是一個區(qū)間的數表 轉輪直徑D1(m) ~ ~ 導葉數目 z0 12 16 24 32 ? （ 2） 處理法 ? 數表改造： 轉輪直徑下限 D11（ I) 0 轉輪直徑上限 D12(I) 導葉數目 z0（ I） 12 16 24 32 ?用兩個一維數組分別表示自變量的山下限，用兩個一維數組 表示函數 D11[i]={0,}。 D12[i]={， ， ， }； Z0[i]={12,16,24,32}； ?按照對應關系輸入三個數組； ?引用：給定 D1,用 D11(i)D1D12(i)檢索 Z0(i) ? 三、二維數表的處理 規(guī)則二維數表的處理 定義：表達 z=f(x,y)關系的數表 形式： η=f(Q11,n11) Q11 n11 700 750 800 850 60 70 ? 規(guī)則二維數表的處理的處理法 1）用兩個一維數組分別表示兩個字變量，一個二位數組表示數： Q11(i)— Q11； n11(J)— n11 Em(I,j)— ηm Q11[ ]={700， 750， 800， 850， 900…．．． }； N11[ ]={60,70,……..}。 E11[ ] [ ]={{,}。{,},…}。 2) 把三個數組 Q11(i)、 n11(J)、 Em(I,j)按照對應關系輸入計算機； 3) 引用：用二元插值計算法應用。 ? 不規(guī)則二維數表的處理 ? 不規(guī)則二維數表的形式 水輪機轉子估重公式： G=krDi2Lt G轉子帶軸重量（ t)； Di轉子鐵心外徑； Lt鐵心長度； Kr=f(Di,n) 發(fā)電機轉速 n(r/min) Di(m) Kr 備注 214~750 150~240 —— =5 5~9 —— ~ ~ —— 高速機組 Di小 kr取上限 ? 處理原則與方法 原則：模擬人工方法，便于計算機輸入輸出。 方法：根據 Di和 n所在范圍確定 kr 步驟： 1）數表標準化變換 轉速 n 鐵心直徑 Di Kr 下限n1(i) 上限 n2(i) 下限Di1(i) 上限Di2(i) 下限Kr1(i) 上限Kr2(i) 214 750 0 5 150 240 5 9 ? 把 6個一位數組按對應關系輸入計算機 引用：以 Di1(i)DiDi2(i) and n1(i)nn2(i)為條件檢索 kr的范圍 kr1(i)與kr2(i)?用插值法確定 kr: 應用備注中高速機組 Di小 kr取上限地說明，用線性插值求取 kr值，即認為 kr與轉速成正比： Kr=(kr2(i)Kr1(i))/(n2(i)n1(i)*(nn1(i))+kr1(i) ? 第三 講 技術資料的計算機處理 — 曲線的處理 *曲線的特征與處理原則 曲線的種類與特征 種類：函數曲線、經驗曲線、試驗曲線； 特征 1： 不同維數的曲線：一元曲線、二元曲線（曲面） 特征 2：簡單曲線、復雜曲線。 處理原則： 離散化（數字化）、便于存儲，便于引用。 ? 一、一元曲線的處理 曲線的離散與存儲 i i+1 1 n yi xi 1) 把曲線離散位 n隔離散點： xi,yi 2) 用兩個一維數組分別表示自變量余函數： 3) X(I)— Xi； Y（ I） — Yi 4) 查處個點 X(I),Y(I)值 ,把數組 X(I),Y(I)輸入計算機。 5) 曲線的引用：用一元插值計算引用曲線，給定 x,求 y. ? 二、二元曲線的離散處理 ? 二元曲線的特點：曲面的平面表示 n11 Q11 η=f(Q11,n11) ? 直接離散 :在曲線上直接取點離散 i=1 i=2 i=3 J=1 J=2 J=3 η i,j ni,j Qi,j ? 離散步驟： 1）在曲線上直接取點離散 2）等值線序號 i=1,2,3,…m。點序 j=1,2,3,….n 3)坐標參數：用二維變量表示： η i—— η ； Q11(I,j)— Q11； n11(I,j)— n11 ４）引用：用復雜的插值方法引用曲線。 直接離散法的優(yōu)缺點 優(yōu)點：保持圖形幾何特征，便于圖形復原； 缺點：插值計算復雜。 ? 間接里散法 n11(j) Q11(I) η i,j ? 正交網格離散法 1）用一正交網格覆蓋曲線，用網格的 節(jié)點離散曲線； 2）用兩個一維數組表示曲線坐標參數，用一個二維數組表示函數： Q11— Q11(I)。 n11— n11(J)。 EM(I,j)— η i,j 3）把三個數組輸入計算機； 4）用二元插值引用曲線 優(yōu)點： 便于插值計算； 缺點： 失去曲線幾何特征，曲線復原困難。 ? 非正交網格離散法 Φ=50 Φ=00 Φ=+50 Φ=+100 Q11(I,j) N11(j) η i,j ? 非正交網格離散法 1）用一非正交網格覆蓋曲線，用網格的節(jié)點離散曲線； 2）用兩個一維數組何一個二維數組表示曲線坐標參數，用一個二維數組表示函數： Q11— Q11(I， j)。 n11— n11(j)。 EM(I,j)— η i,j 3）把三個數組輸入計算機； 4）用二元插值引用曲線 ? 第四講 數據的計算機存取 講授內容：計算機數據存儲的基本方法及程序設計 講授時間： 2學時 講授方式：課堂教學 重點：數據文件的操作 學習要求：