水轮机作业.docx

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水轮机作业

第一章绪论

（一）选择题

1．水轮机的工作水头是（）。

（A）水电站上、下游水位差（B）水轮机进口断面和出口断面单位重量水流的能量差

2．水轮机的效率是（）。

（A）水轮发电机出力与水流出力之比（B）水轮机出力与水流出力之比

3．反击式水轮机是靠（）做功的。

（A）水流的动能（B）水流的动能与势能

4．冲击式水轮机转轮是（）。

（A）整周进水的（B）部分圆周进水的

5．喷嘴是（）水轮机的部件。

（A）反击式（B）冲击式

（二）填空题

1．水电站中通过____________能转变成旋转机械能，再通过____________把旋转机械能转变成电能。

2．水轮机分为_____________和_____________两大类。

3．轴流式水轮机分为_____________和_____________两种。

4．水轮机主轴的布置形式有_____________和_____________两种。

5．冲击式水轮机有_____________、_____________和_____________三种。

（三）问答题

1.水轮机有哪些类型?

划分类型的依据是什么?

各类水轮机的适用范围是什么？

2.混流式与轴流式水轮机主要不同点有哪些？

其适用范围有什么不同？

3.简述各类水轮机转轮区水流的流动与转轮的结构特点。

4.水轮机的基本工作参数有哪些？

有何含义？

它们的代表符号和单位是什么？

5.反击式与冲击式水轮机各有哪些过流部件?

各有何作用?

6.水电站和水轮机的特征水头都有哪些？

它们之间有何区别？

7．冲击式水轮机的特点是什么？

类型有哪些？

试说明冲击式水轮机适合高水头的原因？

8．反击式和冲击式水轮机在能量转换上有何区别？

9．贯流式水轮机的特点是什么？

类型有哪些？

10．灯泡贯流式水轮机有哪些优点？

简述灯泡贯流式水轮机基本组成部分。

11．灯泡贯流式机组的布置形式有几种，各自的适用条件是什么？

12．灯泡贯流式机组与立式机组有何区别，相比较其优点是什么？

13．喷管的作用是什么，其型式有几种？

折向器和分流器的作用是什么，二者有何区别？

14.水轮机的型号如何表示?

各部分代表什么意义?

15．解释水轮机型号：

?

HL160-LJ-520、ZZ560-LH-800、GD600-WP-250、2CJ30-W-120/2×10。

16．了解我国已建及正在建的大型水电站的机组的单机容量和适用水头。

（四）计算题

1．某水轮机的水头为18.6m，流量为1130m3/s，水轮机的出力为180MW，若发电机效率

，求水轮机的效率和机组的出力

。

2．某水轮机蜗壳进口压力表的读数为

，压力表中心高程为887m，压力表所在钢管内径D=6.0m，电站下游水位为884m，水轮机流量Q=290m3/s，若水轮机的效率

，求水轮机的工作水头与出力。

3．某河床式电站在设计水头下：

上游水位Z上=63m，下游水位Z下=44.4m，通过某台水轮机的流量m2/s,发电机效率,?

水轮机效率，如忽略引水建筑物中的水力损失，试求水流出力、水轮机出力和机组出力。

?

第二章水轮机的工作原理

（一）选择题

1．水轮机中水流的绝对速度在轴面上的投影是（）。

（A）轴向分量

；（B）轴面分量

2．水轮机中水流的轴面分量

与相对速度的轴面分量

（）。

（A）相等；（B）不相等

3．水轮机输出有效功率的必要条件是（）。

（A）进口环量必须大于0；（B）进口环量必须大于出口环量

4．无撞击进口是指水流的（）与叶片进口骨线的切线方向一致。

（A）绝对速度；（B）相对速度

5．法向出口是指（）。

（A）出口水流的绝对速度是轴向的；（B）出口水流的绝对速度与圆周方向垂直

（二）填空题

1．水轮机转轮中的水流运动是和的合成。

2．水轮机轴面上所观察到的水流速度分量是和。

3．转轮中水流质点的绝对速度

可分解为和。

4．绘制转轮进口速度三角形需、和三个参数。

（三）简答题

1.在分析水轮机转轮内的水流运动时，做了哪些假定？

2.什么叫轴面？

什么叫流面？

混流式、轴流式、斜流式水轮机的流面是何形状？

3.什么是水轮机的水流速度三角形?

研究转轮进、出口水流速度三角形的意义是什么?

试绘制混流式与轴流式水轮机的速度三角形示意图。

4.轴流式和混流式转轮中水流运动各有什么特点？

它们的转轮圆周速度如何确定？

5.研究水轮机基本方程式的目的是什么?

推导水轮机基本方程式时利用了什么定理？

水轮机基本方程式有哪几种表达形式？

水轮机基本方程式的物理意义是什么？

6.水轮机在运行中会产生哪几种能量损失?

这些损失对水轮机总效率的影响程度如何?

7.水轮机最优工况的定义如何？

最优工况应满足什么条件？

8.偏离最优工况时水轮机效率下降的原因是什么？

9.什么叫水轮机的最优工况？

什么叫无撞击进口？

什么叫法向出口？

10.画出混流式水轮机在非最优工况下（水头不变、流量减小；流量不变、水头减小）叶片进出口速度三角形，并标明各量？

11.在水轮机水头和转速不变的情况下如何调节水轮机流量，当流量改变是混流式水轮机转轮进出口速度三角形将发生什么变化（以流量增加和减少一种情况为例）

（四）计算题

1．某混流式水轮机的参数为：

，

，

，H=256m，n=1000r/min，若水轮机的水力效率

，试按法向出口条件计算进口速度三角形的参数

与

，并绘出进口速度三角形。

2．某轴流式水轮机的参数为：

，

，

，

，假定水力效率

，在

圆柱面上，按无撞击进口与法向出口条件计算转轮进、出口速度三角形参数，并绘出进、出口速度三角形。

第三章水轮机空化与空蚀

（一）选择题

1．水轮机的空化系数

是水轮机（）的相对值。

（A）动态真空；（B）静态真空

2．水轮机的空化系数与水轮机的（）有关。

（A）安装高程（B）工况

3．尾水管补气的主要目的是（）。

（A）消除和减轻尾水管的空腔空化；（B）消除和减轻转轮叶片的空化

4．空蚀发生时过流表面的损坏特征是（）。

（A）表面组织呈蜂窝状；（B）表面组织呈沟槽状

5．防止翼型空化的条件是（）。

（A）实际吸出高度大于允许吸出高度；（B）实际吸出高度小于允许吸出高度

（二）名词解释：

1．空化；2．空蚀；3．翼型空化；4．吸出高度；5．空化核

（三）简答题

1.?

水轮机的空蚀是怎样形成的？

水轮机空蚀有哪几种类型？

翼型空蚀和空腔空蚀是怎样产生的？

2.?

空蚀对金属材料表面的侵蚀破坏有哪几种作用，并作简要说明。

3.?

空化和空蚀对水轮机影响包括哪几方面？

4.?

写出水轮机装置空化系数公式，说明各符号意义。

5.?

水轮机空化系数的基本意义是什么？

说明水轮机的空化系数和哪些因数有关。

6.?

什么叫水轮机的吸出高度？

写出带有空化安全系数的允许吸出高度计算公式并说明各符号的意义。

7.?

为何水电站空化系数大于水轮机空化系数时水轮机不发生翼型空化？

8.?

水轮机的安装高层是如何确定的？

9.?

水轮机空蚀破坏通常有哪些主要因素？

10.?

对于已经投入运行的机组，减轻空蚀破坏通常有哪些措施？

11.?

尾水管中的旋转涡带是怎样形成的？

其运动特点怎样？

12.?

自然补气的形式有几种，各有什么优缺点？

（四）计算题

1．某电站安装ZZ560－LH－330水轮机，设计水头

，水轮机的空化系数

（不用修正），电站海拔高程

，求此水头下水轮机的允许吸出高度

。

2．已知某电站安装的水轮机为HL200－LJ－550，在某工况下模型空化系数

，水轮机工作水头

，导叶高度

，水轮机安装高程

，尾水位

取安全系数

，试判断此工况下水轮机是否产生翼型空化。

第四章水轮机相似理论

（一）填空题

1．水轮机相似应符合的条件为、和。

2．水轮机工况相似的判据是和分别相等。

3．水轮机的比转速越高，其空化系数越。

4．轴流转浆式水轮机的效率修正值与有关。

5．水轮机的比转速越高，其应用水头越。

6．水轮机比转速的常用单位制是和。

（二）判断题

1．只有几何相似的水轮机才有可能工况相似。

（）

2．效率相等的水轮机工况一定是相似工况。

（）

3．水轮机的比转速相等时，其工况一定相似。

（）

4．水轮机的

和

分别相等时，其比转速一定相等。

（）

5．同一水轮机在工况相似条件下，其转速与水头成正比。

（）

6．同一水轮机在工况相似条件下，其流量与水头成正比。

（）

（三）简答题

1．什么是水轮机的几何相似与运动相似？

水轮机的相似条件是什么？

主要内容有哪些？

2．分别写出水轮机单位参数

和

的一次近似式与二次近似式。

3．相似换算时，对水轮机效率进行修正的原因是什么？

4．什么叫水轮机的相似定律？

什么叫水轮机的单位流量、单位转速和单位出力？

5．什么叫水轮机系列？

相似水轮机的单位参数是如何换算的？

6．什么叫水轮机的比转速？

说明水轮机比转速的意义？

7．为什么说比转速是一个重要的相似判别数？

比转速的大小和转轮的形状变化有什么关系？

8．为什么说比转速越高，能量性能越好，空化性能越差，并说明高比转速的水轮机适用低水头的理由?

14．某轴流转桨式水利的设计最大允许吸出高度=-2.8m，现在水轮机运行在H=0m的某工况点上，那么该工况点的水轮机空化状况怎样？

为什么？

（四）计算题

1．已知两同系列的水轮机A、B的参数分别为：

，

，试用相似判据判断两水轮机是否工况相似。

2．水轮机HL220－LJ－550的工作参数为：

，

后大坝加高，水头

增至

，求相似工况下同一水轮机的转速

、流量

与出力

。

第五章水轮机特性曲线

（一）选择题

1．水轮机模型综合特性曲线以（）作为坐标参数。

（A）单位转速与单位流量；（B）水头与出力

2．水轮机运转综合特性曲线以（）作为坐标参数。

（A）

和

；（B）H和P

3．等叶片转角线是（）水轮机模型综合曲线的组成部分。

（A）轴流转浆式；（B）混流式

4．转浆式水轮机协联保持时的飞逸转速比协联破坏时（）。

（A）高；（B）低

5．低比转速混流式水轮机的流量随转速的升高而（）。

（A）增大；（B）减小

（二）简答题

1．转浆式水轮机模型综合曲线由哪几种曲线所构成？

2．出力限制线的意义何在？

3．不同比转速水轮机的等开度线有何不同？

绘简图说明。

4．什么叫水轮机的特性曲线？

它有哪些类型？

5．什么叫水轮机模型综合特性曲线？

什么叫水轮机的运转综合特性曲线？

它们之间有何关系？

6．水轮机运转综合特性曲线上的出力限制线有何意义？

7．水轮机选型的原则是什么，基本过程是怎样的？

8．试叙述混流式水轮机模型主要综合特性曲线上5%出力限制线的绘制方法。

（三）计算题

1．混流式水轮机HL160－LJ－520的参数为

，设计工况模型导叶开度

，求水轮机的最高飞逸转速

？

＊解题指导：

①根据模型导叶开度，查飞逸特性曲线（见附图1－1～1－15）找出单位飞逸转速

，用最高水头计算出对应飞逸转速

；②在飞逸特性曲线。

2．某混流式水轮机HL240－LJ－410的参数为：

，水轮机的额定转速

，求水轮机各水头下的最大出力。

第六章水轮机选型设计

（一）判断题

1．在同样水头与压力条件下,冲击式水轮机的尺寸比混流式大。

（）

2．计算水轮机转速直径时应使用额定水头。

（）

3．计算水轮机额定转速时应使用额定水头。

（）

4．水轮机的最大容许吸出高度应选择各水头下吸出高度的最大值。

（）

5．水头变幅较大的低水头水电站应选择轴流转桨式水轮机。

（）

（二）简答题

1．水轮机选型的基本内容有哪些？

2．比转速高的水轮机为什么不适用于高水头？

3．选型计算中如何确定水轮机的单位转速与单位流量？

（以混合式和转桨式为例说明）

（三）计算题

1．某水电站Hmax=150m，Hr=120m，Hav=130m，Hmin=90m，单机水轮机出力220MW，电站选用HL160型水轮机。

使用模型综合特性曲性计算水轮机的转轮直径

，转速

和过流量

。

2．某水电站装置HL220-LJ-550水轮机。

水轮机的参数为：

Hmax=55m，Hr=48m，Hmin=40m，

，水电站尾水位高程

尾=450m，试计算水轮机的最大容许吸出高程Hs。

＊解题指导：

根据各水头与转速计算对应的单位转速，查HL220模型综合特性曲线，找出各单位转速与出力限值点的交点，确定各交点

值，将

修正为原型空化系数

，再用吸出高计算式计算出各水头对应的Hs值，取其中最小者作为水轮机的最大容许吸出高度。

查出最大飞逸转速

，用额定水头计算出对应的飞逸转速

；③在

与

中取最大者作为水轮机最高飞逸转速

。

其他部分：

一、混流式

（一）单项选择题

1．金属蜗壳的断面为（）。

（A）圆形和椭圆形（B）梯形

2．包角越大，蜗壳中的水流越（）。

（A）均匀（B）不均匀

3．导水机构调节流量的实质是（）。

（A）改变导叶出口面积；（B）改变导叶出口水流角度

4．可以增大水流环量的导叶是（）。

（A）正曲率导叶（B）负曲率导叶

5．直锥形尾水管的恢复系数比弯肘形尾水管的恢复系数（）。

（A）大（B）小

（二）说明下述基本概念

1．蜗壳包角；2．导叶开度；3．导叶相对开度；4．尾水管恢复系数；5．尾水管相对损失

（三）简答题

1．混流式水轮机的引水室有几种型式？

各适用于什么类型的水电站？

2．导式机构的作用是什么？

水轮机流量调节有哪几种方式。

3．尾水管的作用是什么？

其工作原理是什么？

4.?

?

混流式水轮机的性能如何？

混流式水轮机由哪几大部分组成？

其工作过程怎样？

6.?

?

水轮机的类型有几种，各种类型水轮机有何优缺点？

7.?

?

转轮的作用是什么？

转轮一般由哪几部分组成？

8.?

?

混流式水轮机转轮与轴流式水轮机在结构上有何异同点？

9.?

?

止漏环有哪几种类型，其作用范围怎样？

10.?

?

什么叫水轮机的轴向水推力？

如何估算？

11.?

?

?

减压装置有几种类型？

它们的工作的原理是怎样的

12.?

?

引水室的作用是什么？

它有几种类型？

13．金属蜗壳的应用条件、结构类型和一般的受力特点是怎样的？

14．导水机构的作用是什么，它有几种类型？

一般用来调节流量的方法有几种？

15．导水机构的传动机构有何作用？

它有哪几种类型？

16．导叶的数目、开度、高度及相对高度、偏心距、进口角和出口角等用什么符号代表？

?

?

基本概念如何？

17．说明水轮机顶盖和底环的结构以及其和其它部件的装置关系？

18．尾水管的类型有几种，各有何优缺点，其作用是什么？

19.试用伯努里推导尾水管回收动能原理。

20．减轻尾水管振动的措施通常有几种方法？

说明补气装置的作用？

21．尾水管的十字架补气和短管补气装置结构怎样？

应用范围如何？

（四）计算题

1．某水电站的导叶相对开度

，水轮机的单位参数：

，

，水轮机水力效率

，求该工况下导叶出口水流角

=？

＊解题指导：

应用公式

2．某模型水轮机的参数为：

，

，

，若原型水轮机

，

，求原型水轮机在与模型水轮机相似工况时的导叶开度

。

＊解题指导：

应用原型水轮机开度换算公式。

二、轴流式水轮机

（一）单项选择题

1．轴流式水轮机的过流能力比混流式大（）A．大B．小

2．一般情况下轴流式水轮机的叶片数比混流式（　）Ａ　多　　　　Ｂ。

少

3．轴流式水轮机的导水机构高度bo一般为（）A.（0.1~0.35）b1B.（0.35~0.45）b1

4．轴流式水轮机一般采用（　　）Ａ　负曲率导叶　　　Ｂ　正曲率或对称形导叶

5．混凝土蜗壳的包角一般为（　　）Ａ　180~270度B270~345度

（二）名词解释：

1．协联关系；2．圆柱层无关性假设；3．转轮进口环量

（三）简答题

1．与混凝土蜗壳相连接的座环的固定导叶的数目与形状有何特点？

2．为什么轴流式水轮机采用略带正环量出口？

为什么轴流转桨式水轮机有较宽广的高效区？

（四）计算题

1．某轴流式水轮机的叶片数为6片，转轮直径D1=5m，水头H=20m，试计算水轮机的轴向水推力Tz=？

2．某轴流式水轮机的总流量Q=850m3/S，蜗壳包角为180度，计算蜗壳进口断面的流量Qo=？

若进口断面的平均流速取为4.5m/s，蜗壳进口断面的面积应为多少？