水电站考试复习题.doc

第一部分一、 水力发电的几个要素1) N ——水电站装机容量或水轮机的功率2) Q ——通过水轮机的流量3) H ——水轮机的水头 4) η——水轮机的效率二、 水力发电特点优点：1) 不耗燃料，成本低廉2) 水火互济，调峰灵活3) 综合利用，多方得益4) 取之不尽，用之不竭5) 环境优美，能源洁净三、 水力发电特点缺点：1) 受自然条件限制；2) 一次性投资大，移民多，工期长；3) 事故后果严重；4) 大型工程对环境、生态影响较大四、 我国水电开发有三大特点： 成绩很大突出表现在以下三方面：1) 水电装机容量跃居世界第一2) 水电建设技术已具世界水平3) 初步建立了适应市场经济的、有中国特色的水电开发和建设机制　 五、 我国水电开发的困难制约水电发展的五个问题 ① 生态环境问题 ② 上网电价 ③ 法律法规还不健全 ④ 移民问题 ⑤ 地震问题六、 水电站的基本类型1) 按调节能力分成： 无调节水电站、有调节水电站2) 按水电站的组成建筑物及特征分为：坝式、河床式、引水式电站七、 坝式水电站其特点：1) 水头取决于坝高 2) 引用流量较大，电站的规模也大，水能利用较充分，综合利用效益高。

3) 投资大，工期长4) 适用：河道坡降较缓，流量较大，并有筑坝建库的条件 八、 坝后式水电站特点1) 当水头较大时，厂房本身抵抗不了水的推力，将厂房移到坝后，由大坝挡水2) 坝后式水电站一般修建在河流的中上游3) 库容较大，调节性能好如为土坝，可修建河岸式电站九、 (二)、河床式电站特点1) 一般修建在河道中下游河道纵坡平缓的河段上，为避免大量淹没，建低坝或闸2) 适用水头：大中型：25米以下，小型：8~10米以下3) 厂房和挡水坝并排建在河床中，共同挡水，故厂房也有抗滑稳定问题；4) 厂房高度取决于水头的高低5) 引用流量大、水头低注：厂房本身起挡水作用是河床式电站的主要特征十、 引水式水电站特点用引水道集中水头的电站称为引水式水电站①. 水头相对较高，目前最大水头已达2000米以上②. 引用流量较小，没有水库调节径流，水量利用率较低，综合利用价值较差③. 电站库容很小，基本无水库淹没损失，工程量较小，单位造价较低④. 适用条件：适合河道坡降较陡，流量较小的山区性河段a) 无压引水电站引水建筑物是无压的: 渠道或无压隧洞主要建筑物：低坝，进水口，沉沙池，引水渠(洞)，日调节池，压力前池，压力水管，厂房，尾水渠。

b) 有压引水式电站引水建筑物是有压的：主要建筑物：低坝，有压隧洞，调压室，压力水管，厂房，尾水渠十一、 抽水蓄能电站1) 抽水蓄能：系统负荷低时，利用系统多余的电能带动泵站机组将下库的水抽到上库(电动机+水泵)， 以水的势能形式贮存起来；2) 放水发电：系统负荷高时，将上库的水放下来推动水轮发电机组(水轮机+发电机)发电，以补充系统中电能的不足 十二、 潮汐电站 1) 潮汐：潮汐现象是海水因受日月引力而产生的周期性升降运动，即海水的潮涨潮落 2) 潮汐发电原理：利用潮水涨、落产生的水位差所具有势能来发电的，也就是把海水涨、落潮的能量变为机械能，再把机械能转变为电能（发电）的过程第二部分一、 水轮机主要类型1) 反击式水轮机 (reaction water turbine) ①. 定义：利用水流的势能和动能做功的水轮机②. 特征：转轮的叶片为空间扭曲面，流过转轮的水流是连续的，而且在同一时间内，所有转轮叶片之间的流道都有水流通过，水流充满转轮室③. 反击式水轮机原理水流通过转轮叶片时，水流流速的大小、方向均发生变化，因此动量也发生了改变，水流产生反作用力，作用与每个转轮叶片，使转轮产生旋转力矩，从而做功。

一) 混流式：水流径向流入转轮，轴向流出①. 适用范围：H=30-450 m , 最高水头已接近700米，单机容量：几万kW-几十万kW②. 特点：适用范围广，结构简单，运行稳定，效率高，适用高水头小流量电站③. 三峡水电站即采用了这种水轮机，单机容量70万kW是世界上单机容量最大的机组二) 轴流式：①. 特点：水流沿转轮轴向流入，轴向流出，水流方向始终平行于主轴②. 适用于大流量、低水头一般水头在50m以下Ø 轴流定浆式：叶片不能随工况的变化而转动高效率区较小，适用于水头变化不大的小型电站Ø 轴流转浆式：叶片能随工况的变化而转动，进行双重调节（导叶开度、叶片角度)适用于大型水电站 三) 斜流式：水流经过转轮时是斜向的转轮叶片随工况变化而转动，高效率区广 四) 贯流式：水轮机的主轴装置成水平或倾斜不设蜗壳，水流直贯转轮水流由管道进口到尾水管出口都是轴向的H<20m，小型河床电站Ø 贯流式机组分类①. 全贯流式：发电机转子安装在水轮机转轮外缘，其密封困难，现在较少使用②. 半贯流式：③. 灯泡贯流式：发电机组安装在密闭的灯泡体内，使用较广泛，机组结构紧凑，流道形状平直，水力效率高④. 轴伸式贯流机组：发电机安装在外面，水轮机轴伸出到尾水管外面。

⑤. 竖井式贯流机组：发电机安装在竖井内 2) 冲击式水轮机①. 定义：利用水流的动能来做功的水轮机②. 特征：由喷管和转轮组成③. 原理：水流以自由水流的形式(P=Pa)冲击转轮，利用水流动能(V方向、大小改变)产生旋转力矩使转轮转动在同一时刻内，水流只冲击着转轮的一部分，而不是全部不适宜调峰运行④. 适用：水头高，流量小，多用于400m以上，最高接近2000m水斗: 特点是由喷嘴出来的射流沿圆周切线方向冲击转轮上的水斗作功a) 斜击式： 由喷嘴出来的射流沿圆周斜向冲击转轮上的水斗b) 双击式：水流两次冲击转轮c) 斜击、双击水轮机构造简单，效率低，用于小型电站 二、 水轮机的基本构造①. 反击式水轮机的主要组成部件：a) 进水(引水)部件—蜗壳：使水流均匀、旋转，以最小水头损失送入转轮室b) 导水机构（导叶及控制设备)：控制工况c) 转轮（工作核心)：能量转换，决定水轮机的尺寸、性能、结构d) 泄水部件(尾水管)：回收能量、排水至下游②. 冲击式水轮机的主要组成部件：喷管，转轮，折流器，机壳，射流制动器等组成 ③. 尾水管 作用：引导水流进入下游河道，并回收部分动能和势能。

三、 水轮机的型号及标称直径反击式水轮机的型号 （由三部分组成）①. HL240 —— LJ —— 410混流式水轮机，型号240（比转速)，立轴，金属蜗壳，转轮直径为410cm②. ZZ440 ——LH —— 430轴流转浆式水轮机，型号440，立轴，混凝土蜗壳，转轮直径430cm 冲击式水轮机的型号③. 2CJ30——W—— 120/2×10 转轮型号为20，水斗式水轮机，卧轴，一根轴上装设两个转轮，转轮直径为120cm, 每个转轮两个喷嘴，设计射流直径为10cm ④. GZ440—WP—750：表示贯流转浆式水轮机，转轮型号440，卧轴，灯泡式机组，转轮标称直径750cm⑤. SJ40—W—50/40：表示双击式水轮机，转轮型号40，卧轴布置，转轮标称直径50cm，转轮轴向长度40cm⑥. XLN—LJ—300：表示斜流可逆式水泵水轮机，转轮型号200，立轴布置，金属蜗壳，转轮标称直径300cm第三部分一、 水轮机的效率 水轮机的能量损失导致N < Ns ，效率<1 效率是由水力效率 、流量效率、机械效率组成1. 水力损失(head loss)及水力效率 蜗壳、导叶、转轮、尾水管 —— 沿程损失 旋涡、 脱流、 撞击 —— 局部损失 水轮机的水力效率为: 2. 流量损失及流量效率（容积效率） 水流通过转动部分与非转动部分间隙直流入尾水管的流量为q，此部分流量不经过转轮作功，称漏损。

3. 机械损失和机械效率 水轮机的输入功率：Ne；输出功率: N=Ne -ΔNm机械效率： ηm=N/Ne 4. 水轮机的总效率 η=ηHηVηm提高效率的有效方法是减小水头损失、流量损失、机械摩擦 二、 水轮机的最优工况1. 水轮机的最优工况是指η最高的工况2. 一般情况下，对η起主要作用的是水力损失，流量损失和机械损失相对较小，且基本不变，在水力损失中撞击和涡流损失最大三、 水轮机的空化与空蚀1. 空化及空化压力的概念①) 水沸腾为汽化，汽化是由气压和水温决定的②) 水在一定压力下加温引起的汽化为沸腾；③) 环境温度不变压力降低引起的汽化叫空化④) 在给定温度下，液体开始汽化的临界压力为该温度下的空化压力(Pb) 2. 水轮机的空蚀①. 汽泡产生反作用力向外膨胀，压力升高，水流质点向外冲击②. 大量汽泡连续不断地产生与溃灭，水流质点反复冲击，使过流通道的金属表面遭到严重破坏→ 机械破坏，称为疲劳剥蚀③. 汽泡被压缩，由于体积缩小，汽化破坏时水流质点相互撞击，引起局部温度升高(可达到300℃)，汽泡的氧原子与金属发生化学反应，造成腐蚀；同时由于温度升高，产生电解作用→化学腐蚀。

3. 水轮机空蚀定义 汽泡在溃灭过程中，由于汽泡中心压力发生周期性变化，使周围的水流质点发生巨大的反复冲击，对水轮机过流金属表面产生机械剥蚀和化学腐蚀破坏的现象，称水轮机的空蚀 4. 空蚀造成的危害①. 使过流部件机械强度降低，严重时整个部件受到破坏②. 增加过流部件的糙率，水头损失加大，效率降低，流量减小，出力下降③. 机组产生振动，严重时造成厂房振动破坏④. 缩短了机组检修的周期，增加了检修的复杂性消耗钢材、延长工期5. 水轮机空蚀类型①. 翼形(叶片)空蚀：转轮叶片背面出口处产生的空蚀，与叶片形状、工况有关是反击式水轮机的主要空蚀形式②. 间隙空蚀：当水流通过间隙和较小的通道时，局部流速增大，压力降低而产生的空蚀③. 空腔空蚀：在非最优工况时，水流在尾水管中发生旋转形成一种对称真空涡带，引起尾水管中水流速度和压力的脉动，在尾水管进口处产生空蚀破坏，还可能造成尾水管振动④. 局部空蚀：在过流部件凹凸不平因脱流而产生的空蚀 6. 防止空蚀的措施 流速和压力是产生空蚀最重要的两个原因，因此要控制流速和压力的急剧变化①. 设计制造方面： 合理选型，叶型流线设计，表面光滑，抗空蚀钢衬(不锈钢)。

②. 工程措施：合理选择安装高程，采取防沙、排沙措施，防止有害泥沙进入水轮机③. 运行方面：避开低负荷、低水头运行，合理调度，必要时向尾水管补气 四、 水轮机的调速设备1. 水轮机调节的任务 ①. 随外界负荷的变化，迅速改变机组的出力②. 保持机组转速和频率变化在规定范围内，最大偏差不超过±0.5Hz，大电力系统不超过±0.2Hz③. 启动、停机、增减负荷，。