水电站复习资料.pdf

1 第一章水轮机概述1、说出 ZD600—LH —600 中各字母和数字的含义P29 轴流定桨式水轮机，比转速600，立轴，混凝土蜗壳，转轮直径为600cm2、说出 HL240—LJ—550 中各字母和数字的含义P29 混流式水轮机，比转速240，立轴，金属蜗壳，转轮直径为550cm3、说出 ZZ560—LH— 1130 中各字母和数字的含义P29 轴流转桨式水轮机，比转速560，立轴，混凝土蜗壳，转轮直径为1130cm4、分析在实际应用中通过调整水轮机的那些工作参数才能有效调节水轮机的出力? 调整其他工作参数为什么不现实? 水轮机的出力Nd=N ηd=9.81QH ηηd，H、η及η d 分别为水轮机的工作水头、水轮机的效率和发电机的效率在实际应用中， 通过调节水轮机的流量可以有效调节水轮机的出力，其他的参数都是不可以人为控制的5、什么是水轮机的工作水头?P28 水轮机的工作水头是指作用于水轮机的单位水体所具有的能量水轮机的工作水头还等于水电站毛水头扣除引水系统中水头损失后的值6 按水流通过水轮机的过流顺序说出反击式水轮机的主要过流部件并简述其功用. 从水电站的压力水管或直接由水电进水口引入发电流量进入水轮机的引水室，即蜗壳，然后通过座环、 导水机构引入水轮机转轮，将水能转化为水轮机的机械能输出，发电尾水通过水轮机的泄水部件即尾水管泄往下游河道。

引水室的作用是将压力水管或直接从电站进水口引入的水流平顺、均匀、 轴对称地引入水轮机的导水机构，并在进入转轮前形成一定的环量，减少水利损失， 提高水轮机的能量转换效率导水机构根据机组负荷变化来调节进入轮机的水流环量 水轮机的转轮是将水能转换为机械能的部件尾水管的作用是将水轮机转轮的水流顺畅排向下游的尾水池并回收转轮出口水流的剩余能量7、反击式水轮机和冲击式水轮的分类原则是什么? 反击式水轮机是主要利用水流的压力能转换为机械能的水轮机冲击式水轮机是将水流的动能转化为机械能的水轮机8、举出几个常用水轮机的名称. 轴流式水轮机，混流式水轮机，水斗式水轮机，斜击式水轮机9、导水机构的主要作用是什么?P18 导水机构能形成和改变进入转轮的水流环量，根据机组所带负荷的变化情况随时调节水轮机的引用流量，以改变机组出力，并进行开机和停机操作在机组甩负荷工况时，可迅速关闭导水叶，防止飞逸事故的发生10、尾水管的主要功用是什么? 作用： （1）将水轮机转轮的水流顺畅排向下游的尾水池2）回收转轮出口水流的剩余能量2 11、反击式水轮机和冲击式水轮机的分类特点是什么？其主要类型各有哪些？P13 反击式水轮机根据水流流经转轮的方式不同，可分为轴流式、 混流式、 斜流式和贯流式四种类型的水轮机。

按射流是否在转轮旋转平面内，冲击式水轮机可分为水斗式水轮机、斜击式水轮机和双击式水轮机三种不同类型12、在选择水轮机时，水电站的水头范围和水轮机的水头范围如何协调？水轮机的水头范围应涵盖水电站的水头范围15、水轮机的最大水头和最小水头受什么因素限制? 水轮机的最大水头是使用水头的上限，主要受机组的强度、刚度、振动、效率、空蚀性等因素控制水轮机的最小水头是使用水头的下限，主要受机组的刚度、振动、效率、空蚀性等因素控制16、反击式水轮机和冲击式水轮机在工作时水流和转轮相互作用有什么不同? 反击式水轮机的特点是水流在压力流的状态下流经转轮，而且水流充满整个过水流道冲击式水轮机是指通过喷嘴将水流能量全部转换成高速射流的动能，冲击安装在转轮外周转盘上的部分勺斗使转轮转动，从而将水能转化成机械能的水轮机19、常用的反击式水轮机有哪几种?至少说出两种机型的过流特征轴流式水轮机水流在进入水轮机前，流向已经变得和水轮机轴平行，因为水流在通过转轮室沿轴向进入而又依轴向流出混流式水轮机水流沿转轮径向流入转轮而沿轴向流出转轮斜流式水轮机的转轮叶片轴线与水轮机轴线有一定夹角，水流斜向流经转轮20、水电站的最大、最小毛水头通常该如何确定水电站最大毛水头是指水电站上游水位和下游水位可能的对应组合并扣除相应引水系统损失的最大值。

水电站最小毛水头是指水电站上游水位和下游水位可能的对应组合并扣除相应引水系统损失的最小值22、混流式水轮机的标称直径指的是转轮那个部位的直径？P30 标称直径为转轮进口边最大直径23、轴流式水轮机的标称直径指的是转轮那个部位的直径？P30 标称直径为转轮叶片中心线与转轮室交点处转轮室直径24、对于不同类型的电站，设计水头的大致范围如何确定? 坝式水电站的水头一般为中、高水头， 目前最大水头已接近300 米河床式水电站的水头一般低于30-40 米引水式水电站可以集中很高的落差，目前最大水头已达2000 米以上，但发电引用流量一般比较小25、飞逸转速是指什么而言？P29 当机组空转速度达到某一稳定的最高转速时，此空转转速称为飞逸转速第二章水轮机的工作原理3 1、水轮机的最优工况条件是什么? P40 只有进、 出口获得最佳的水流条件，水轮机的损失才最小，才有可能是所谓的最优工况2、水轮机的尾水管为什么能够回收能量?P43 因为尾水管能汇集转轮出口的水流，并引导水流排至下游当Hs>0 时，以静力真空的方式使水轮机完全利用了这一高度所具有的势能，并且以动力真空的方式使水轮机回收了转轮出口水流的大部分动能。

3、水轮机速度三角形中各是什么速度?为什么要引入速度三角形? P33 水轮机速度三角形包括相对速度、牵连速度和绝对速度因为水流质点进入转轮后，一方面沿叶片运动， 另一方面又随着转轮的转动而旋转，是一种复合运动 引入速度三角形后，对实际水电站水轮机的工作状态进行分析时更方便4、为什么水轮机在最优工况工作时效率较高? P40 因为在最优工作时进、出口获得最佳的水流条件，水轮机的损失最小，水轮机的效率最高5、简述水轮机基本方程式的物理意义. P37 水轮机基本方程式是反映水能转变为水轮机转轮旋转机械能的一个能量平衡方程式，从理论上揭示了水轮机利用水能作功的原理水流通过水轮机时，水流和转轮叶片相互作用，转轮的叶片迫使水流动量矩发生变化，水流在其动量矩改变的同时，以反作用力作用于叶片，是转轮产生旋转的力矩6、在水轮机中为什么会发生空化和空蚀? P44 水之所以发生空化，有外部原因，也有内部原因空化发生的外部原因是流体中压力的降低，内部原因是水体内部存在的能诱发空化的空化核人们把在水轮机过流道内从气跑的形成到溃灭以及对流道表面产生作用的这一系列过程，称为水轮机的空蚀7、水轮机的安装高程是指水轮机那个地方的高程? P54 对立轴反击式水轮机是指导叶中心高程，对卧轴混流式水轮机和贯流式水轮机是指主轴中心线高程。

8、水轮机的损失有哪几种?P37 水轮机的能量损失有三种：水力损失、容积损失和机械损失9、水轮机空蚀的类型有哪几种?各是由什么原因引起的?P47 （1）翼型空蚀：由于水轮机的翼形设计不合理或者水轮机的安装高程不合适，形成绝对值较大的负压， 当背面的负压降低到空化压力以下时，便产生了空蚀 还有当水轮机偏离最优工况运行时，混流式水轮机因入流冲角太大，造成脱流，在叶片头部也会发生空蚀2）间隙空蚀：当水流通过某些间隙或较小的通道时，因局部速度的升高而形成了压力降低，当压力降低到空化压力以下时会发生间隙空蚀3）空腔空蚀： 当水轮机偏离最优工况运行时，转轮出口形成一种周期性摆动的真空涡带，有可能冲击到过流表面，使叶片出口下环处及尾水管进口等处产生空蚀破坏4 （4）局部空蚀：由于水轮机的过流表面在某些地方凹凸不平，诱发水流出现旋涡、脱流而产生空蚀10、水轮机的空蚀防护可从哪几个方面入手?P48 （1）在水轮机的设计制造方面（2）在工程措施方面（3）在运行管理方面11、水轮机的安装高程是指什么而言? P53 水轮机的安装高程是水电站非常重要的一个特征高程，在进行水电站厂房设计时，该高程是计算水电站厂房其他高程的基准值。

对于不同型式和不同装置方式的水轮机，它们的安装高程在工程上也都分别作了规定：对轴立反击式水轮机是指导叶中心高程；对卧轴混流式水轮机和贯流式水轮机是指主轴中心线高程12、简述水轮机尾水管通过什么原理回收水流的能量？P43 水轮机多利用的能量是有势能落差Hs 和大部分转轮出口动能所组成的由于这部分动 量在尾水管进口处形成压力降低，出现真空，于是便增大了转轮进、出口的压力差，因而也增加了转轮可利用的能量13 水轮机吸出高Hs 的上下起算点如何确定？P52 对立轴混流式水轮机，Hs 是从导叶下部底环上平面到下游水面的垂直高度对卧轴混流式和贯流式水轮机，Hs 是从转轮叶片最高点到下游水面的垂直高度对立轴轴流式水轮机， Hs 是从转轮叶片轴线到下游水面的垂直高度14、水轮机在工作过程中影响效率的损失有哪些?各是由什么引起的?P37 （1）水轮机的进口撞击损失：在某个工况下，由于水轮机的进口相对速度方向与叶片进口骨线方向不一致而发生撞击，水流撞击后速度改变，产生的撞击损失2）摩擦阻力损失：水流在流过流道时，水流和叶片表面产生摩擦而形成摩擦阻力损失3）出口动能损失：水流通过转轮作功以后，仍有一部分动量从转轮出口流出。

这部分动能虽经尾水管进行能量回收，但尾水管出口的水流仍以一定的速度流出，但这部分就完全损失在下游，称为出口动能损失15、水轮机发生空蚀会引起什么样的后果?P45 水轮机空蚀破坏的后果：1.发生振动和噪音2.影响水轮机的效率和出力3.影响水轮机的寿命16 速度三角形中各是什么速度?分量 Vm 和 Vu 各表示什么含义? 水轮机速度三角形包括相对速度、牵连速度和绝对速度在圆柱坐标系中，Vm 是轴面速度对转轮中的整个流体而言，Vu 反映了流体的旋转程度17、尾水管中动力真空和静力真空是如何形成的? P42 在设置尾水管后，转轮出口形成了压力降低，即出现了真空现象，此真空值由两部分组成：一部分由落差H2 形成，称为静力真空，H2 也称为吸出高，可用专门的符号Hs 表示；另一部分则由尾水管进、出口动能差并扣除水头损失形成，称为动力真空， 它是通过圆锥形尾水管对水流的扩散作用而形成的5 18 通常对水轮机空蚀的减轻和防护措施有那些? 应注意设计合理的叶形，是叶片具有平滑的线形，尽可能的使叶片背面上的眼里分布均匀合理确定水轮机的安装高程，在保证尾水管对能量回收有较好效果的同时，兼顾水电站基础开挖深度和水轮机抗空蚀性能之间的关系，限制转轮出口真空度的值，在水轮机的正常运行范围内使水轮机转轮叶片背面低压区的压力不低于常温下水的空化压力。

19 在确定水轮机吸出高时如何考虑下游尾水位高程? 当计算得到的Hs 为负值时，说明需要将规定的水轮机位置装置在下游水面以下，使转轮出口处不再出现静力真空而产生正压，以抵消由于过大的动力真空而使水轮机发生严重的空蚀20、推导水轮机基本方程的三条基本假定什是么？为什么要这样假定?P35 假定： 叶片无限多、 无限薄且水流进入转轮中是轴对称的，水流运动的恒定流，水流不可压缩 . （1）其运动轨迹与叶片表面重合（2）可以取整个转轮来进行分析21 引起水轮机效率降低的原因有哪些？最主要的是什么？引起水轮机能量损失的表现形式有三种：水力损失、 容积损失和机械损失水轮机的水力损失主要包括进口撞击损失、摩擦阻力损失和出口动能损失无论何种形式的损失，均是水流能量的损失，最终都影响水轮机的效率最主要的水力损失22、尾水管的恢复性能和什么有关? 尾水管的恢复性能与尾水管出口流速、转轮出口流速和尾水管从进口到出口的水力损失有关24、水轮机空蚀的破坏作用大致可分为几个方面? 水轮机空蚀破坏作用分为：（1）机械破坏作用（2）电化学作用（3）化学作用（4）联合作用25、对于水轮机的不同工况空蚀系数是不是一个确定的值?为什么 ?P51 不是一个确定的值，因为空蚀系数与k 点的相对速度， 转轮出口速度有关，不同的工况下这两个数是不同的。

26、证明题：证明尾水管能通过形成静力真空和动力真空回收能量27、证。