水轮机水泵及辅助设备课程考核说明及期末复习指导精.docx
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水轮机水泵及辅助设备课程考核说明及期末复习指导精
水轮机、水泵及辅助设备课程考核说明及期末复习指导
（水利水电工程专业专科）
中央广播电视大学
2003.5
一、关于课程考核的有关说明
《水轮机、水泵及辅助设备》是中央广播电视大学水利水电工程专业专科限修的一门专业课。
本教材针对水利水电工程专业的各不同专业方向所编写，适合于水利水电动力工程、水利建筑工程与农业水利工程方向，各专业方向根据要求选学不同的内容。
具体要求参考文字教材的使用说明。
1.考核对象
中央广播电视大学高等专科水利水电工程专业开放教育试点的学生。
2.考核方式
本课程采用平时作业考核和期末考试相结合的考核方式，满分为100分，及格为60分。
其中期末考试成绩占考核总成绩的80%；平时作业考核成绩占考核总成绩的20%。
平时作业以各章的自我检测题和习题为主，由辅导教师按完成作业的质量进行评分。
学员平时作业的完成、阅改情况由中央电大和省电大分阶段进行检查。
期未考试由中央电大统一命题，统一组织考试。
3.命题依据
本课命题依据1999年6月审定通过的{开放教育试点水利水电工程专业（专科）水轮机、水泵及辅助设备课程教学大纲}和为本专业编写的多种媒体教材，包括：
文字教材：
由陈德新、杨建设主编的《水轮机、水泵及辅助设备》；录像教材：
由杨建设主讲的录像教材，共20讲，10学时；CAI课件（光盘）：
《水轮机、水泵及辅助设备辅助教学课件》。
本考核说明是考试命题的基本依据。
4.考试要求
本课程考核的要求与课程教学总体要求相一致。
即：
牢固掌握基本概念，充分理解基本工作原理，正确掌握基本计算方法。
本考核说明对各章内容规定了考核知识点和考核要求，考试按了解、理解和掌握三个层次提出学生应达到的考核标准。
5.命题原则
（1）命题范围：
在本课程教学大纲和考核说明所规定的内容及要求范围内命题，不得任意扩大和缩小考试范围。
（2）各专业方向采用不同的考题，或在同一试卷中规定各专业方向的选做范围。
命题应注意知识的系统性，同时要突出重点。
试题可分容易、中等和较难三个层次，其组成比例约为30：
50：
20。
（3）试题中各种能力层次的试题题量比例为：
了解＜10%，理解20~30%，掌握60~70%。
6.试题类型和结构
试题类型可分4种基本题型，
（1）判断题，
（2）填空题或选择题，（3）简答题，（4）计算题。
各类题目分数组成比例为15：
30：
15：
40或15：
15：
30：
40两类。
7.答题时限：
期末考试笔试时间为120分钟。
8.其它说明：
本课程采用闭卷考试，学员参加考试允许带计算器与作图工具。
二、课程考核的内容和要求
●第1章绪论
考核知识点：
1．水轮机在水能转换为电能中的作用及水轮机的概念；
2．水轮机的工作参数、定义、单位、水头的计算；
3．水轮机的类型，各类水轮机的特点及应用范围；
4．水轮机的牌号；
5．水轮机的主要构件及转轮标称直径的规定。
考核要求：
1．了解水电站中有哪些动力设备以及各设备的作用；
2．熟悉水轮机的五个主要工作参数，其定义、单位及表达式，应会计算水轮机的水头、出力及效率；
3．掌握水轮机工作水头的表达式，在给定水轮机进出口的必要参数时会计算水轮机的工作水头；
4．了解水轮机的分类、各类型水轮机的特点与应用范围，重点掌握反击式水轮机与冲击式水轮机的区别；
5．熟悉水轮机的牌号及各部分符合所代表的意义；
6．了解各类型水轮机主要构件的作用；
7．了解水轮机的布置型式。
●水轮机的工作原理
考核知识点：
1．水轮机中水流运动的特点、速度矢量的合成与分解；
2．水轮机速度三角形；
3．水轮机基本方程式的导出、表达式及意义；
4．水轮机工况的概念、不同工况运行的特性。
考核要求：
1．了解水轮机转轮中水流运动的特点、速度矢量在各观察面上的合成与分解；
2．掌握水轮机进、出口速度三角形参数的计算与进、出口速度三角形的绘制；
3．掌握水轮机基本方程式的几种表达形式，理解基本方程式的意义及进、出口环量的概念；
4．理解最优工况及无撞击进口、法向出口的概念；
5．理解非最优工况下水轮机效率下降的原因及工况变化时转轮进出口状态的变化；
6．掌握用基本方程式与法向出口概念计算水轮机进、出口速度三角形的方法。
●第3章水轮机的空化
考核知识点：
1．水力机械中的空化现象（内部、外部特征）；
2．空化的机理（空化的内因与外因）；
3．空蚀的机理、水轮机中空化的类型及空蚀发生区；
4．空化系数的概念；
5．吸出高的确定；
6．防空化措施；
7．水力机械的泥沙磨损。
考核要求：
1．了解水力机械中所发生的空化现象；
2．了解液体空化的机理、空化核的概念及液体中低压的成因；
3．了解空蚀的成因，包括冲击压的形成与空蚀破坏的机制；
4．理解水力机械中常发生的几种空化类型及空蚀易发区；
5．熟悉空化系数概念、装置空化系数的概念与表达式；
6．掌握吸出高计算公式及各项的物理意义，会计算水轮机的吸出高及安装高程；
7．了解水力机械防止空化的措施；
8．了解水轮机机抗磨蚀的措施；
9．了解水力机械空蚀的特征；
10．掌握用吸出高度及装置空化系数判断水轮机是否会空化的方法。
●第4章水轮机的相似原理
考核知识点：
1．水轮机相似的条件；
2．水轮机的相似准则及单位参数；
3．水轮机比转速的概念；
4．水轮机的相似换算与效率修正。
考核要求：
1．了解水轮机相似的三条件；
2．了解水轮机的相似准则，熟练掌握单位转速、单位流量、单位出力的表达式及其应用；
3．掌握比转速公式、并了解水轮机比转速与轮机几何形状与特性之间的关系；
4．熟练运用水轮机的相似公式进行模型与原型、原型之间的相似换算；
5．了解水轮机效率修正的原因，正确使用效率修正公式进行计算；
6．掌握模型到原型水轮机之间的相似换算及原型水轮机之间的相似换算。
●第5章水轮机的特性曲线
考核知识点：
1．水轮机特性曲线的意义；
2．各类型水轮机模型综合特性曲线的构成与特点；
3．模型综合特性曲线的绘制原理；
4．运转综合特性曲线的换算与绘制原理；
5．水轮机的飞逸特性与轴向水推力。
考核要求：
1．了解水轮机模型特性曲线的意义与表示方法；
2．了解构成模型特性曲线的等效率线、等开度线、等空化系数线、等叶片转角线（转桨式），出力限制线的意义；
3．掌握从模型特性曲线换算为原型运转综合特性曲线的原理、方法与步骤；
4．可运用模型综合特性曲线分析水轮机不同工况的性能，例如效率、空化、过流等方面的性能；
5．了解水轮机的飞逸特性，掌握水轮机飞逸转速的计算；
6．理解水轮机的类型、比转速与特性曲线特点之间的关系，尤其是水轮机的过流特性。
●第6章水轮机的选型设计
考核知识点：
1．水轮机选型的任务，程序与原理；
2．水轮机选型方法；
3．影响水轮机选型的因素，原始资料在选型中的应用；
4．水轮机类型选择，型号选择与参数选择。
考核要求：
1．了解水轮机选型的任务与一般原则；
2．熟悉水轮机选型的几种常用方法及适用性；
3．掌握水轮机台数选择、机型选择的原则与影响因素；
4．掌握水轮机设计工况点的确定及工作参数的计算，重点是转轮直径、转速的计算；
5．掌握根据水电站水头估算水轮机比转速的方法。
●第7章
考核知识点：
1．水轮机过流部件的作用；
2．水轮机引水室的型式、应用范围；
3．蜗壳中水流运动的特点；
4．蜗壳水力计算公式的理论依据；
5．导水机构的功能与种类；
6．水轮机流量调节方程式的意义；
7．尾水管回收转轮出口动能的原理；
8．尾水管中的水力损失；
9．尾水管参数选择的原则。
考核要求：
1．了解引水室的类型特点与应用范围；
2．了解蜗壳中水流运动的规律；
3．了解蜗壳包角、蜗壳断面形状对蜗壳尺寸与水力性能的影响；
4．了解导水机构的作用与导叶开度的几个基本概念及水轮机流量调节的几种常用方式；
5．了解尾水管的类型及应用范围；
6．了解水轮机流量调节方程的意义；
7．了解不同曲率导叶对水流环量的改变原理及其适用性；
8．理解尾水管动能恢复的原理；
9．掌握尾水管相对水力损失、尾水管效率的理论表达式及其应用；
10．掌握尾水管参数选择的原则及尾水管的相似换算。
●第8章水泵的工作原理与应用
考核知识点：
1．水泵的类型与结构特点；
2．水泵的基本工作参数；
3．水泵的基本方程式；
4．水泵的相似律；
5．水泵的特性曲线；
6．水泵的选择计算。
考核要求：
1．了解水泵的基本类型及其应用；
2．掌握水泵的基本工作参数的概念、表达式及其计算；
3．掌握水泵相似律的基本公式，并能用这些公式进行水泵的相似换算；
4．理解各类水泵特性曲线的特点,能用这些曲线进行水泵工作参数的选择与计算；
5．掌握水泵吸上真空度及安装高程的计算；
6．了解不同类型水泵的特性，特别是关死点扬程，轴功率及扬程———流量的关系；
7．了解水泵串并联运行的目的。
●第9章水电站辅助设备系统
考核知识点：
1．水轮机进水阀的作用、类型与设置条件；
2．水电站用油的种类、功用；
3．油系统的作用与油系统的组成；
4．了解油压装置油、气的比例各占多少；
5．压缩空气系统作用与要求；
6．压缩空气系统的主要设备及其功用；
7．了解机组制动的条件；
8．技术供水的内容（技术供水的用户）；
9．不同用户对水量、水温、水压、水质的要求；
10．水的净化与处理的常用方法；
11．技术供水的水源类别与供水方式；
12．技术供水系统的设备配置方式；
13．技术供水系统的常用设备。
14．水电厂排水的内容；
15．检修排水的方式。
考核要求：
1．了解水轮机进水阀的作用、类型与设置条件以及主阀的选择；
2．了解水电厂用油的种类与功用；
3．了解压缩空气系统的作用与要求；
4．了解技术供水的内容及用户对供水的要求；
5．了解技术供水的水源与供水方式以及供水方式与水电站水头之间关系；
6．了解排水的内容与检修排水的方式；
7．了解供、排水系统常用的设备；
8．了解水力监测的内容与方法；
9．理解不同供水方式的适应性与优、缺点；
10．理解排水系统设计的原则与要求；
11．掌握水轮机漏水量的计算；
12．掌握机组用油量及全厂充油量的计算；
●第10章水轮机调节系统
考核知识点：
1．水轮机调节系统的任务与特点；
2．调速器的分类；
3．水轮机调节系统的工作原理；
4．机械液压调速器的主要部件及其工作原理；
5．微机调速器的特点、组成；
6．调保计算与调速功计算。
考核要求：
1．了解水轮机调节系统的任务与特点；
2．了解调速器的分类；
3．理解调节系统的工作原理；
4．掌握调节系统动态与静态指标的计算；
5．掌握调节保证计算的一般计算方法；
6．掌握调速器调速功能的计算。
三、试题类型及规范解答举例
本试题范例仅说明主要的考题类型和试题的难易程度，并不构组成一套试卷。
考试范围请参见前面的有关说明和内容要求。
1．判断题（15分）对：
√；错：
╳
（1）水轮机的工作水头是水站上、下游的水位差。
（╳）
（2）尾水管是反击式水轮机的必要部件。
（√）
（3）水轮机进口水流的环量必须大于零才能正常工作。
（╳）
（4）效率相等的水轮机工况一定是相似工况。
（╳）
（5）只有几何相似的水轮机才有可能工况相似。
（√）
（6）水轮机的空化系数与水轮机的工况有关。
（√）
（7）水轮机的装置空化系数与水轮机的工况有关。
（╳）
（8）尾水管补气的目的是为了减轻空腔空化。
（√）
（9）水轮机选型设计时应把最优工况作为水轮机的额定工况。
（╳）
（10）比转速低的水轮机适应于高水头。
（√）
（11）水泵的扬程是水泵系统上、下游水面的水位差。
（╳）
（12）轴流泵关死点的轴功率最大。
（√）
（13）同一水泵，其流量与转速成正比。
（√）
（14）调速器中使用的油品为绝缘油。
（╳）
（15）油压装置中的油容积占60~70%，压缩空气容积占30~40%。
（╳）
2．填空题（30分，每空1分）
（1）水电站是通过（）把水能转变为旋转机械能，再通过（）把旋转机械能变成电能的。
答案：
水轮机，发电机。
（2）反击式水轮机的过流部件由（）、（）、（）和（）所构成。
答案：
引水室，导水机构，转轮，尾水管。
（3）水轮机转轮中，水流的绝对速度是（）与（）的合成。
答案：
牵连速度，相对速度。
（4）水轮机的轴面速度在轴面上可分解为（）和（）。
答案：
径向速度，轴向速度。
（5）水轮机相似的条件是（）、（）和（）。
答案：
几何相似，运动相似，动力相似。
（6）水轮机工况相似的判据是（）和（）分别相等。
答案：
单位转速，单位流量。
（7）水轮机比转速常用的单位制是（）和（）。
答案：
m·kW，m·HP。
（8）导水叶的相对开度是（）与（）的比值。
答案：
某位置时的开度ao，径向开度aor。
（9）轴流式水轮机的轴向水推力在叶片处于（）位置时最大。
答案：
关闭。
（10）水轮机进水阀的常用型式有（）、（）和（）。
答案：
蝶阀，球阀，闸阀。
（11）水头在200m以上的水电站宜采用（）作进水阀。
答案：
球阀。
（12）绝缘油作用是（）、（）和（）。
答案：
绝缘、散热、灭弧。
（13）水的净化为（）和（）两类。
答案：
清除污物，清除泥沙。
（14）离心摆是机械液压调速器的（）元件。
答案：
测速。
（15）硬反馈的作用是实现（）调节，使并网机组稳定地分配（）
答案：
有差，负荷。
3．简答题（15分，可任选其中三题，每题5分）
（1）从能量利用与结构角度说明冲击式水轮机与反击式水轮机的区别。
答案：
冲击式水轮机是利用水流的动能工作的，反击式水轮机是利用水流的的动能与压能工作的。
由于能量利用形式的不同，带来其结构的不同。
冲击式水轮机是具有喷嘴，有压水流通过喷嘴后变成动能（高速射流），冲动转轮做功。
由于利用动能做功，其转轮叶片多呈斗叶状。
转轮是部分进水，水流在大气压状态下通过水轮机。
反击式水轮机为充分利用水流的压能与动能的需要，由蜗壳、导水机构、转轮与尾水管而形成封闭的流道，转轮全周进水，水流是有压的。
转轮叶片的断面呈空气动力翼型形状。
（2）简述反击式水轮机中易发生的空化类型与易发生部位。
答案：
反击式水轮机中易发生翼型空化、间隙空化、局部空化与空腔空化。
翼型空化发生在转轮叶片上，尤其是叶片背面出口边附近；间隙空化发生在导水叶的端面间隙处及止漏环处，轴流式水轮机叶片外缘是间隙空化发生最严重的地方；局部空化发生在过流表面的凸凹不平处；空腔空化发生在尾水管中。
（3）什么是水泵的工作点?
为什么水泵会稳定在工作点?
答案：
水泵H-Q曲线与水泵装置扬程曲线的交点称为水泵的工作点。
水泵之所以能稳定在其工作点运行，是因为水泵产生的扬程与装置的扬程相等，假如水泵运行在比M点流量大的A点，这时，装置扬程大于泵的扬程，管路中的水因能量不足而减速，使流量减小，工况点由A向M点移动，最终稳定在M点。
反之，若水头工作在比M点流量小的B点，则装置扬程小于泵的扬程，管路中水的能量有剩余，于是使水流加速，流量增大，工况点由B向M点移动，最终稳定在M点。
（4）水电厂的技术供水方式有哪几种?
各应用于什么情况?
答案：
水电厂的供水方式有自流供水、水泵供水与混合供水三种方式。
自流供水适用于水头12-80m的电站。
水泵供水适用于水头高于80m或低于12m的电站。
而混合供水是指自流和水泵供水相结全的方式，适用于水头在12m上下的水电站，水头较高时用自流供水、水头较低时切换到水泵供水。
（5）什么是PID调节规律?
有何优越性?
答案：
PID调节规律即按比例——积分——微分规律进行调节的方式，同PI调节规律一样，PID调节规律具有消除调节后转速偏差的特点。
此外，在对调节系统过渡过程影响方面，不仅按转速偏差进行调节，并且也按转速的加速度（微分部分）进行调节。
在机组负荷突然变化时，调速器会根据转速偏差的加速度大小迅速调节导叶的开度，即具有超前作用与预见作用，可以减少调节时间和提高调节的稳定性。
4．计算题（40分）（每题20分，水动方向任选2题，其它专业做前2题）
（1）某水轮机蜗壳进口处压力表的读数为221.6×103pa，压力表中心高程为88.7m，压力表所处钢管直径D=3.35m，电站下游水位为84.9m，水轮机流量Q=33m3/s，电动机功率Pg=7410kW，取发电机效率ηg=96.6%，求轮机的工作水头与水轮机的效率。
解：
将水轮机出口断面取在下游断面，则
则水轮机的水头H为
而ZI-ZII=88.7-84.9=3.8m
取
所以水轮机工作水头：
H=3.8+22.6+0.71=27.11m
水轮机效率：
（2）某混流式模型水轮机的参数为DIM=0.46m，n11=70r/min，Q11=1.15m3/s，ηom=0.9，求相似工况下，D1=4m，H=64m时原型水轮机的n，Q，P，η。
解：
故
（3）某水泵在额定扬程时流量Q=0.278m3/s，水泵的允许吸上真空高度H允真=5mH2O，水头进水管直径DI=0.36m，吸水损失h吸损=0.263mH2O，若当时当地大气压H大气=10.3mH2O，忽略汽化压力h汽的大小，求该工况下水泵的实际允许吸上高度H实吸。
解：
=5-（10.3-10.3）-0-0.263-0.383=4.354（m）
（4）某水电站的压力钢管长为300m，压力传播速度为850m/s，水轮机的导叶关闭时间为0.5s，水头为45m，管道内的流速为3m/s，在甩全负荷时，将发生什么水击？
并求出相应的压力上升率。
解：
相长
Tr＞0.5s
发生直接水击
压力上升值为：
压力上升率为：
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