實(shí)驗(yàn)簡(jiǎn)介：

水電站虛擬仿真實(shí)驗(yàn)軟件要求技術(shù)先進(jìn)、功能完善，具有結(jié)構(gòu)展示、虛實(shí)結(jié)合與人機(jī)交互等功能，具備水電站樞紐布置、水電站廠房?jī)?nèi)部結(jié)構(gòu)、蝸殼和尾水管結(jié)構(gòu)、水輪機(jī)結(jié)構(gòu)、混流式水輪發(fā)電機(jī)組發(fā)電過程、機(jī)組檢修過程的三維全景虛擬現(xiàn)實(shí)功能、以及專業(yè)知識(shí)動(dòng)態(tài)鏈接講解等功能；水電站虛擬仿真軟件應(yīng)能模擬水力發(fā)電機(jī)組安裝、檢修過程；水電站廠房施工過程；水輪發(fā)電機(jī)組運(yùn)行過程；主變壓器場(chǎng)、高壓開關(guān)站的布置與運(yùn)行過程。能滿足學(xué)生學(xué)習(xí)、考核，教師管理等要求。該實(shí)驗(yàn)軟件的開發(fā)突出了寒區(qū)工程特色，對(duì)立軸混流式機(jī)組的水電站進(jìn)行虛擬仿真。

實(shí)驗(yàn)背景：

實(shí)際的水電站樞紐工程規(guī)模大，工程建設(shè)周期長(zhǎng)。在建設(shè)過程中學(xué)生在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)習(xí)，看到的只是某個(gè)局部，而建成的工程學(xué)生看到的只是工程的外部結(jié)構(gòu)，不能夠詳細(xì)了解建筑物結(jié)構(gòu)的完整施工過程、內(nèi)部構(gòu)造，對(duì)水電站機(jī)電設(shè)備的結(jié)構(gòu)組成、安裝與拆卸的步驟，水電站的發(fā)電運(yùn)行過程缺乏感性認(rèn)識(shí)，對(duì)理論知識(shí)難于理解。因次有必要開發(fā)本虛擬仿真軟件，以滿足教學(xué)要求。真對(duì)黑龍江省的地域的特點(diǎn)，現(xiàn)開發(fā)“寒區(qū)平原河流水電站虛擬仿真實(shí)驗(yàn)軟件”。

設(shè)計(jì)原則：

實(shí)驗(yàn)內(nèi)容分為兩大類：演示性實(shí)驗(yàn)和實(shí)踐動(dòng)手操性實(shí)驗(yàn)。

（1）演示性實(shí)驗(yàn)：

①區(qū)域地形地貌、水電站廠房、大壩、溢洪道、主變壓器場(chǎng)和高壓開關(guān)站等主要樞紐部件的三維空間虛擬工程場(chǎng)景。學(xué)生通過對(duì)樞紐各組成部件的學(xué)習(xí)，可以掌握樞紐的布置原理，建筑物的功能以及運(yùn)行模式。這部分內(nèi)容采取彈出窗口的型式來實(shí)現(xiàn)。（環(huán)節(jié)一的子環(huán)節(jié)1）

②舌瓣門的弧形鋼閘門與進(jìn)水口前的攔污索配合工作防凌汛、清浮冰。（通過環(huán)節(jié)二實(shí)現(xiàn)）

（2）實(shí)踐動(dòng)手操性實(shí)驗(yàn)

學(xué)生要完成下列三類實(shí)驗(yàn)。學(xué)生通過設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案、調(diào)整實(shí)驗(yàn)參數(shù)來實(shí)現(xiàn)工程的運(yùn)行過程。

A.水輪發(fā)電機(jī)組檢修實(shí)驗(yàn)?zāi)K（通過環(huán)節(jié)一的子環(huán)節(jié)2實(shí)現(xiàn)）

發(fā)電機(jī)、水輪機(jī)的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，包括發(fā)電機(jī)的上機(jī)架、轉(zhuǎn)子、下機(jī)架、推力軸承，水輪機(jī)的頂蓋、水輪機(jī)的轉(zhuǎn)輪、連接軸（看具體的電站來定），檢修過程拆卸、吊運(yùn)、安裝的程序復(fù)雜，有嚴(yán)格的操作規(guī)程，學(xué)生在實(shí)驗(yàn)操作過程中要能按步驟進(jìn)行操作，給模擬帶來了困難。

B.水電站廠房施工過程虛擬仿真操作實(shí)驗(yàn)?zāi)K（通過環(huán)節(jié)一的子環(huán)節(jié)3實(shí)現(xiàn)）

主廠房分為上部結(jié)構(gòu)、下部結(jié)構(gòu)。上部結(jié)構(gòu)分為屋蓋結(jié)構(gòu)、排架柱、吊車梁、發(fā)電機(jī)層和安裝間樓板、圍護(hù)結(jié)構(gòu)；下部結(jié)構(gòu)分為發(fā)電機(jī)機(jī)墩、蝸殼和水輪機(jī)座環(huán)（固定導(dǎo)葉）、尾水管、基礎(chǔ)。副廠房按照工業(yè)廠房布置。

廠房的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，構(gòu)筑物多，混凝土澆筑要分期分塊。一期混凝土：底板、尾水管、尾水閘墩、尾水平臺(tái)、混凝土蝸殼外的混凝土、上下游邊墻、廠房構(gòu)架、吊車梁、部分樓板等，在施工時(shí)先期澆筑，以便利用吊車進(jìn)行機(jī)組安裝。二期混凝土：為了機(jī)組安裝和埋件需要而預(yù)留的，要等到機(jī)組和有關(guān)設(shè)備到貨后、尾水管圓錐鋼板內(nèi)襯和金屬蝸殼安裝完畢后，再進(jìn)行澆筑。二期混凝土包括金屬蝸殼外的部分混凝土、尾水管直錐段外包混凝土、機(jī)座、發(fā)電機(jī)風(fēng)罩外壁、部分樓層的樓板。

模擬實(shí)際的水電站廠房，按照施工順序進(jìn)行虛擬，學(xué)生分部位進(jìn)行虛擬實(shí)驗(yàn)，虛擬仿真難度大。

C.水輪發(fā)電機(jī)組運(yùn)行過程動(dòng)態(tài)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)?zāi)K（通過環(huán)節(jié)三實(shí)現(xiàn)）

壓力管道將水流引進(jìn)廠房后，由閥門（蝴蝶閥）控制，過了閥門，進(jìn)入水輪機(jī)的蝸殼，經(jīng)水輪機(jī)的坐環(huán)、導(dǎo)葉進(jìn)入轉(zhuǎn)輪，推動(dòng)轉(zhuǎn)輪做功后經(jīng)尾水管流出廠房。

閥門只有全開與全關(guān)兩種狀態(tài)，只有水輪機(jī)檢修時(shí)才關(guān)閉。通過水輪機(jī)的發(fā)點(diǎn)流量都由導(dǎo)葉的開度控制，導(dǎo)葉開度由調(diào)速器來調(diào)整。水輪機(jī)的出力輸入發(fā)電機(jī)，帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。發(fā)電機(jī)發(fā)出的電經(jīng)由引出線接入母線，母線將電引出廠房接入主變壓器。

要對(duì)水流的流經(jīng)路線進(jìn)行模擬，能實(shí)時(shí)顯示工作參數(shù)，虛擬實(shí)現(xiàn)有難度。

實(shí)驗(yàn)軟件分成幾個(gè)模塊來實(shí)現(xiàn)上述實(shí)驗(yàn)功能，每個(gè)模塊可以單獨(dú)地運(yùn)行，同時(shí)又是完整地模擬一個(gè)水電站樞紐

實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)：

軟件對(duì)工程和實(shí)驗(yàn)資源實(shí)現(xiàn)了三維全景的虛擬現(xiàn)實(shí)，是基于區(qū)域地形地貌、水輪機(jī)、發(fā)電機(jī)、水電站廠房和壩體等而開發(fā)的，能夠模擬出一個(gè)可交互的、虛擬的水電站內(nèi)部設(shè)備和廠房的三維空間虛擬工程場(chǎng)景，其中包括所有相應(yīng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)部件、施工及運(yùn)行等實(shí)際過程的多比例、多視角切換的三維空間虛擬工程場(chǎng)景，以彌補(bǔ)在水利工程教學(xué)過程中因不具備實(shí)際工程場(chǎng)景與資源，而難以完成的相應(yīng)教學(xué)環(huán)節(jié)，使學(xué)生通過在虛擬環(huán)境中開展實(shí)驗(yàn)，達(dá)到教學(xué)大綱所要求的教學(xué)效果，提高學(xué)生創(chuàng)新和實(shí)踐能力。

實(shí)驗(yàn)要求：

  第一類：演示性實(shí)驗(yàn)資源模塊

（1）學(xué)習(xí)水利水電工程樞紐的布置設(shè)計(jì)

（2）了解庫區(qū)地形特點(diǎn)，河流的特性

（3）熟悉樞紐的組成建筑物及作用

（4）了解虛擬工程的運(yùn)行特點(diǎn)，主要是船閘的運(yùn)行。

第二類：實(shí)驗(yàn)實(shí)踐性資源模塊

 舌瓣門和泄洪閘運(yùn)行實(shí)驗(yàn)?zāi)K

（1）學(xué)會(huì)泄洪閘、舌瓣門的組成結(jié)構(gòu)

（2）掌握舌瓣門排冰工作過程

（3）學(xué)會(huì)泄洪閘泄洪運(yùn)行過程管理

水輪發(fā)電機(jī)組檢修實(shí)驗(yàn)?zāi)K

（1）學(xué)會(huì)水輪發(fā)電機(jī)組的組成結(jié)構(gòu)

（2）掌握機(jī)組各部件的幾何形狀

（3）學(xué)會(huì)機(jī)組拆裝的程序

（4）學(xué)會(huì)拆卸部件的吊運(yùn)與部件放置位置的確定

水電站廠房施工過程虛擬仿真操作實(shí)驗(yàn)?zāi)K

（1）學(xué)會(huì)水電站主廠房的布置

（2）學(xué)會(huì)水電站副廠房的位置確定及布置

（3）掌握主廠房的結(jié)構(gòu)組成

（4）學(xué)會(huì)水電站廠房的混凝土分期分塊

（5）學(xué)會(huì)水電站廠房的施工技術(shù)

水輪發(fā)電機(jī)組運(yùn)行過程動(dòng)態(tài)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)?zāi)K

（1）學(xué)會(huì)水輪機(jī)的水流系統(tǒng)部件組成

（2）掌握水輪發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行參數(shù)

（3）掌握水流在水輪機(jī)中的流動(dòng)過程

（4）學(xué)會(huì)發(fā)電機(jī)電流的動(dòng)態(tài)產(chǎn)生過程

（5）學(xué)會(huì)發(fā)電機(jī)到變壓器的輸電過程