水轮机复重点.docx

1、水轮机复重点水轮机复重点1、水轮机的基本工作参数都有哪些？答：水头、流量、转速、出力、效率（每写对一个得2分）类型比转速表示水轮型号主轴布置形式引水形式以厘米表示的转轮直径（每写对一个得2分）3、试简述一元理论，二元理论，三元理论。一元理论：采用无穷叶片数及轴面速度沿过流断面均匀分布假定，流动状态只是转面流线长度坐标的函数。二元理论：放弃一元理论中两个基本假设中的一个。三元理论：完全放弃一元理论的两个基本假设，直接研究三维流场。4、什么是蜗壳的最大包角、水轮机比转速、单位流量？答：蜗壳最大包角指蜗壳的进口端面到蜗壳的鼻端所围成的角度。水轮机比转速是指水轮机在水头为1m，出力为1kw时所具有的转

2、速。单位流量是指水轮机标称直径为1m，有效水头为1m时所具有的的流量。5、按水流流经导叶与水轮机轴线的相对位置，导水机构可分为哪几种形式？（1）径向式导水机构，水流方向与主轴垂直（2）轴向式导水机构，水流方向与主轴平行（3）斜向式导水机构，水流方向与主轴相交6、水轮机的几个典型工作水头如何定义？最大水头：是允许水轮机运行的最大净水头。最小水头：是保证水轮机安全、稳定运行的的最小净水头。设计水头：是水轮机发出额定出力时所需的最小净水头。加权平均水头：是在一定时期内（视水库的调节性能而定），所有可能出现的水轮机水头的加权平均值，是水轮机在其附近运行时间最长的净水头。7、水轮机的主要过流部件有哪些及

3、其作用是什么？答：水轮机的主要过流部件有：引水室、导水机构、转轮、尾水管。1）引水室的作用是将水流按所需要的速度（大小和方向）引入转轮。n11，Q11轮机的功率，以适应负荷的变化；在非蜗壳式引水室中，还用来改变水流方向，以适应转轮需要。3）转轮的作用是改变水流方向并产生能量。4）尾水管作用是将离开转轮的水引导至下游并利用转轮出口水流的部分能量。8、什么是水轮机的最优工况、协联工况、飞逸工况、飞逸转速？说明飞逸工况的危害。答：最优工况：使水轮机效率最高的工况。协联工况：对一定的n11，Q11点，使效率最高的的与a0值是一定的，保持导叶开度与叶片转角之间最优协联关系的工况。飞逸工况：一定水头和工况

4、下，负荷力矩为零时的工况。飞逸转速：一定水头和开度下最大转速飞逸工况危害：1）转速升高，离心力超过机组允许值，形成破坏；2）与机组固定频率重合形成共振9、什么是水力机械的全特性？水力机械工作状态性质主要参数水头、流量、轴端力矩、转速和轴功率正负方向的不同组合，构成水力机械的八种工作状态，表征这八种工作状态的特性曲线称为水力机械的全特性。10、某河床式式水电站在设计工况下：上游水位Z上=83m，下游水位Z下=47.2m，通过某台水轮机的流量为874m/，发电机效率为g=0.973.水轮机效率为t=0.88。如果忽略水工建筑物的水力损失，试求水流出力、水轮机出力、和机组出力。解：因为hA-t30则

5、H=Z上-Z下=83-47.2=35.8m水流出力Pn9.81QH=9.81某874某35.8=306947kw水轮机出力P=Pn某t=270113.4kw机组出力PgP某g270113.4某0.973=262820.3kw1、冲击式水轮机的主要类型及适用条件。答：在冲击式水轮机中，以工作射流与转轮相对位置及射流做功次数的不同可分为切击式水轮机、斜击式水轮机、双击式水轮机。冲击式适用于高水头小流量水力条件。2、简述切击式水轮机的主要部件。答：1、喷嘴、喷针；2、转轮：斗叶、圆盘；3偏流器、分流器；4机壳；5副喷嘴（反向制动喷嘴）/用于防止飞逸。3、喷管的组成及其作用。答：喷管主要由喷嘴喷针和喷

6、针移动机构组成，其作用：将水流的压力势能转换为射流动能，则当水由进水管流进喷管时，在其出口便形成一股冲向转轮的圆柱形自由射流;起着导水机构的作用。当喷针移动时，即可以渐渐改变喷嘴出口与喷针头之间的环形过水断面面积，因此可平稳地改变喷管的过流量及水轮机的流量和功率。4、简述提高水斗式水轮机比转速的主要途径。答：提高喷嘴数目；改变直径比D1/d0;增加工作轮数量；提高机组转速。5、推导冲击式水轮机基本方程，理论最优转速比及实际转速比范围。答：水轮机对水体作用为R某，射流对水斗的作用为F某F某=-R某对选定水体在某方向列动量方程：R某t=m1v1co1m2v2co2mv0则R某=rQrQ1rQv1c

7、o12v2co20v0gggrQ0v0co-1g=12Q1Q2Q02F某rQ0v0(1co)gWv0uNF某u当rQ0(v0u)u(1co)gdN0时出力最大du则v02u06、写出水轮机的主要工作参数以及水力机械工作状态性质的主要参数。u0.5v0一般情况实际速比为0.460.49答：1）水轮机的主要工作参数：水头H，流量Q，转速n，出力N，效率2）水力机械工作状态性质的主要参数：水头H，流量Q，转速n，轴端力矩M，轴功率P7、以正常水泵工况参数为正，在叶片式水力机械的各种工作状态下转轮输出功率P、能量QH的正负。答：水轮机工况：叶片式水力机组以原动机运行，P0,水流流经转轮以后能量减少QH

8、0，水流流经转轮以后能量增加QH0;制动工况：水力机组为工作机械，P0，水流流经转轮以后能量减少QH0;飞逸工况：水力机组为原动机，但作用在轴上的扭矩趋近于0，所以轴功率也趋近于0，P0机组效率为0水流流经转轮后能量有所减小这部分减小的能量用来克服机组旋转时的摩擦损失QH08、抽水蓄能电站按转换周期及按天然水量的利用可分为哪几类？答：抽水蓄能电站按蓄水和发电的转换周期可分为季调节和日（或周）调节两种；根据天然水量的利用情况分为纯抽水蓄能电站混合式抽水蓄能电站9、三机式和四机式机组各有那些优缺点？答：四机式机组的水轮机和水泵均可根据自身的条件确定形式、台数和转速，因而可以保证各自的效率最高，但由

9、于造价昂贵，目前几乎不采用。三机式机组的水轮机的主要优点是：抽水蓄能的效率比可逆式水泵水轮机高。水泵工况下启动方便和迅速但三机式机组投资高，机械设备和土建投资也较高，在水泵运行时需要压缩空气保持水轮机转轮处于排空状态，而在水轮机运行时保持水泵转轮处于排空状态会增加设备，提高了运行费用，影响整个电站的效益。10、因。2v5(hw)2g2222写出尾水管的恢复系数w及其作用，并说明尾水管对不同比转速的重要性及其原答：w作用：1）将转轮出口水流引向下游；2）利用转轮高出2g下游水面的那一段位能；3）回收部分转轮出口功能。22尾水管对高比转速水轮机起着十分重要的作用。高比转速水轮机的可达总水头2g的4

10、0%左右，而低比转速却不到1%。以恢复系数都等于75%来估算，则高比转速水轮机尾水管的相对水力损失达10%，而低比转速仅为0.25%，由此可见对高比转速水轮机更加重要。11、轴向水推力有哪几部分组成？如何减小轴向水推力？答：FtF1F2F3F4其中F1、F2、F3、F4分别为转轮流道内水流作用所产生的推力，上冠因水压力产生的水推力，下环因水压力产生的水推力，浮力。减小轴向水推力：1）可在水轮机的上冠上设置若干减压孔，以及时排除上冠背面的渗漏水。2）设置减压板。12、何为圆柱层无关假设？答：假定水流在轴流式转轮区域内是沿着与主轴通信的圆柱面上流动，水流绝对速度在半径方向的分量Vr=0，即在各圆柱

11、层之间水流质点没有相互作用。这就是圆柱层无关性假设。根据圆柱层无关假设，可将轴流式转轮分解成许多无限薄的圆柱层，展开这些圆柱层便得到许多互不相关的平面直列叶栅，这样就将轴流式复杂的三元流动问题简化为平面问题求解。13、试分析混流式转轮中的水流运动特点？答：混流式转轮位于流道从径向变为轴向的拐弯处，水流运动受到拐弯离心力的作用及水流绕轴线旋转离心力作用。不同比转速，流道的形状不同，两种离心力的作用使得不同比转速的混流式转轮，轴面速度分布规律不一致，从而得出不同的设计方法。对流动Vm的不同假定的简化得到转轮的不同设计方法。14、写出升力法设计轴流式转轮的基本方程式及其物理意义。答：Cyl2vu1其

12、物理意义在于为了使流过水轮机的液流所付出的的tgtWm1tgm有效能量与转轮叶栅所承受的能量相平衡，叶栅与液流参数之间应该满足的关系。15、导水机构有哪些主要形式及其作用？答：（1）径向式导水机构，水流方向与主轴垂直（2）轴向式导水机构，水流方向与主轴平行（3）斜向式导水机构，水流方向与主轴相交作用:a.形成和改变进入转轮的环量；b.按电力系统所需功率调节水轮机的流量；c导叶在关闭位置时，能使水轮机停止运行并在机组甩负荷时防止飞逸。16、轴流式水轮机转轮的设计过程，设计方法及各方法优缺点。答：设计过程：1）根据经验选择某些参数和转轮前后速度的分布规律，绘出转轮的轴面流道和转轮进出口的速度三角形

13、。2）根据圆柱层无关假设，把转轮叶片设计简化为56个平面直列叶栅的绕流来计算。设计方法：升力法、奇点分布法、统计法、保角变换法。升力法：缺点是无法求出叶栅表面各点的压力和速度，对空化性能只能作估计；优点是工作量小，既方便又准确。奇点分布法：有点是可以有目的地控制翼型表面的速度和压力分布，因而能事先考虑空化性能的要求、统计法：可以较快的设计出转轮保角变换法：较少采用17、水轮机过渡过程的定义，类型，危害，例举出一至两例避免过渡过程可采取的措施。答：定义：当负荷发生变动时，水轮机将由一个稳定工况向另一个稳定工况过渡，工作参数将随时间发生变换的过程称为水轮机的过渡过程。类型：起动和停机，大幅度的增减

14、负荷，事故甩负荷和紧急停机，产生飞逸和退出飞逸，发电转调相等。危害：尾水管内出现压力脉动，增压，脱流，造成过渡过程尾水管的水流不稳定，从而造成机组震动、抬机、功率影响，甚至破坏机组。甩负荷过程中，可采用导叶两段直线关闭规律，设置调压阀等措施保证图（1）（1）当0190时：由水轮机基本方程gHu1v1co1u2v2co2最优工况时290所以：gHu1v1co1vm1cot1u1vm1cot1vm1(cot1cot1)u1vin1(cot1cot1)u1v又因为：u1u1in1(cot1cot1)co1in1cot1uco1uco1in1cot11tan1cot1(2121gHD1)D12又u1g

15、H21tan1cot1即R1SgHD11tg1tg(90-1)2（2）当901180时：根据进口三角型同样可以推导出：R1（3）当190时：由水轮机基本方程gHu1v1co1u2v2co2最优工况时290SgHD11tg1tg(90-1)2R1SgHD11tg1tg(90-1)027、简述旋转涡带的形成过程及防止措施。答：过程：周期涡带的形成导致导叶出口水流不均匀，进而导致转轮进口不均匀，再加上导叶与叶片的相对位置的周期性变化,转轮的转速使转轮出口刘泰在周期内受到导叶的不稳地干扰，从而使尾水管中旋转水流在转轮的影响下形成偏心旋转，强制涡带加快了轴向速度，导致旋转涡带的形成。防止措施：1)加隔断

16、，消除环量，减少偏心涡带。2）向尾水管补气。3）选择较大装置空气系数。4）避振运行。8、混流式水轮机的设计方法是什么？答：由于不同比转速水轮机流道的形状不同，两种离心力（拐弯离心力和水流绕轴件旋转离心力）作用使得不同比转速的混流式转轮轴面速度规律分布规律不一致，从而得出不同的设计方法。分别为一元理论、二元理论、三元理论的设计方法。一元理论：假设叶片数无穷多，无限薄，轴对称，轴面运动是等速的，vm沿过水断面的分布，也就是说拐弯影响较小。vm=f(l).二元理论：假设轴面运动是等势流动，vm沿过水断面的分布符合势流分布vm=f(l,)。三元理论：不做假设。vm=f(l，,).9、什么是小波动过程什

17、么是大波动过程？以及研究过渡过程的目的和危害是什么？答：小波动过程：运行中由于负荷经常变动，水轮机处于不同工况点的过渡过程中，但这种过渡过程属于水轮机调节系统小波动稳定性的研究对象，这种小波动过程一般不引起主要工况参数的符号发生变化，大小和方向与时间无关。大波动过程：指水轮机由某一工作状态向另一工况性质不同的工作状态过渡，所有参数的大小和方向均发生变化且与时间有关，也叫水轮机的工作过渡过程。研究过渡过程的目的：寻求合理调节元件的运动方式，是改善过渡过程的品质的有效措施，以确保较高的调节质量和工况转换的安全过渡。危害：尾水管内部出现压力脉动、增压、脱流、涡带，引起功率摆动，造成机组振动、抬机，有

18、时甚至造成机组破坏。10、何为飞逸工况的过渡过程以及退出飞逸的措施有哪些？答：当机组甩负荷，而调速系统失灵，导水机构不能关闭，水轮机转速迅速升高，直至达到该水头与导叶开度下的飞逸转速，称这个过程为飞逸过渡过程。由水轮机流量调节方程推出轴流式飞逸方程式：Qr22gHr1cot02tanb22b0A2Qtg0r(ctg0)r2b0A0得：nR30QRtg0r(ctg0)22b0A0r措施：1.令飞逸流量QR=0则nR=0，启动快速闸门。2.水轮机退出飞逸0=arctg(-Kfctg)3.飞逸系数kpnRn0轴流式不保持协联时kP=2.42.6,混流式水轮机0,且在水轮机工况下运行，完成下列表格（填

19、+或-）并在下图中标出各参数线条的指向。MHPQTn答案：+Q向上n向下m向上。10.假如水泵水轮机在水泵运行时突然停电，水泵水轮机会先后经历那些运行区，最后会发生什么危险？应如何应对这些危险答：机组先后经历：水泵工况，制动工况，水轮机工况。最后可能导致飞逸，应先关闭活动导叶来排除危险，若活动导叶不能关闭，则关闭快速闸门。1.什么是圆柱层无关性假设？它的意义是什么？答：假定水流在轴流式转轮区域内是沿着与主轴同心的圆柱层面上流动，水流绝对速度在半径方向的分量Vr=0,即在各圆柱层之间水流质点没有相互作用。这就是圆柱层无关性假设。意义：根据圆柱层无关性假设，可以将轴流式转轮分解成许多无限薄的圆柱层

20、，再分别对每一个圆柱层进行研究，展开这些圆柱层便得到许多互不相关的平面和相对运动为势流绕流的直列叶栅。这样就将轴流式转轮内负暂的三元流动问题，简化为对平面无限直列叶栅绕流问题的求解。分别简述两种轴流式水轮机模型综合特性曲线的特点。哪个在模型综合特性曲线上不作出出力限制线？为什么？答：轴流定桨式水轮机的等效率曲线形状陡峭，随着单位流量Q11增加，效率变化很大。轴流转桨式水轮机的转轮叶片和导叶之间组成的协联关系，使得高效率区域宽广，所以它能很好的适应水头及处理的变化。轴流转桨式水轮机只有在叶片转角和导叶开度很大时出力才会下降，轴流转桨式水轮机的最大出力主要受空化条件限制，由于他的空化性能较差，空化

21、系数较大，不允许水轮机在气蚀条件差的工况下运行。因此在模型综合特性曲线上不作出出力限制线。3.什么是飞逸转速过渡过程？为什么机组不允许在飞逸工况下持续运转？推到轴流式水轮机飞逸方程式？答：当机组甩负荷而调速失灵倒水机构不能关闭，水轮机转速将迅速升高，直至达到该导叶开度下的飞逸转速Nr,这个过程称飞逸转速过渡过程。因为飞逸转速产生离心力很大使机组转动部分受力严酷，特别是当装置的水头较高导叶开度较大时不安全。水轮机发生飞逸是水流的能量都用来克服摩阻力矩，水轮机效率为零。所以Hm=0由流量调方程推出nR30RQctgrctg02r2b0F4.推导质点运动微分方程。答：水流质点M1在流面上运动。该质点

22、相对运动的速度为w1，经过dt时间后，自M1点运动至M2点，则它在流面上的位移为M1M2wdtM1M2在轴面上的投影即为质点在轴面流线上的位移dldl=wmdtvmdt(1)M1M2在圆周方投影亦是质点在圆周方向的位移dLudLuwudtuvudtrd(2)式中d为M1和M2所在轴向平面的夹角。则有dtrduvuvmrduvuuvudlvmr带入(1)中得dl或d在上式右半部乘除r，使其含有函数vur，又ur，则可得dr2vurvmr2dl5、为什么轴流转浆式在模型综合曲线上不做出力限制线？答：轴流转浆式水轮机只有在叶片转角和导叶开度很大时出力才会下降，轴流转浆式水轮机主要受空化条件限制，由于

23、它的空化性能较差，空化系数较大，不允许水轮机在气蚀条件差的工况运行，因此在模型综合特性曲线上不做出力限制线；6、混流式水轮机绘制出力限制线的目的？绘制出力限制线的目的是考虑到水轮机在最大出力下运行时，不可能按正常规律实现功率的调节，而且，在超过95%最大功率运行时，效率随流量的增加而降低，且效率降低的幅度超过流量增加的幅度，因此水轮机的出力反而减小了，从而是调速器对水轮机的调节性能较差。为了避开这些情况并使水轮机具有一定的出力储备，因此将水轮机限制在最大出力的95%（有时取97%）范围内运行。7、简述旋转涡带的形成过程及防止措施。答：过程：周期涡带的形成导致导叶出口水流不均匀，进而导致转轮进口

24、不均匀，再加上导叶与叶片的相对位置的周期性变化,转轮的转速使转轮出口刘泰在周期内受到导叶的不稳地干扰，从而使尾水管中旋转水流在转轮的影响下形成偏心旋转，强制涡带加快了轴向速度，导致旋转涡带的形成。防止措施：1)加隔断，消除环量，减少偏心涡带。2）向尾水管补气。3）选择较大装置空气系数。4）避振运行。8、尾水管的作用有哪些？其恢复系数对高比转速和低比转速有何差异？减轻其振动的措施有哪些？答：措施：1、改变水流的流动和旋转状况。如隔导流板。5）向尾水管补气。6）选择较大的装置空化系数。7）避振运行。作用：4）将转轮出口水流引向下游。5）利用转轮高处下游水面的那一段位能。6）回收部分转轮出口动能。尾

25、水管恢复系数W的表达式如下：V52V22(hw)2g2gwV222g是实际恢复的动能与理想恢复的动能的比值,他表示尾水管内水头损V失及出口动能越小，其值越高。表征了尾水管的质量。由于高比转速水轮机的出口动能22g2可达到总水头的40%左右，而低比转速却不到1%，以尾水管的恢复系数等于75%来估算，则高比转速水轮机尾水管的相对损失=10%，而低比转速的仅为=0.25%左右。由此可见尾水管对高比转水轮机起着十分重要的作用，因此可以看到尾水管对轴流式水轮机比对混流式水轮机更重要。9.简述轴流式水轮机启动所需的条件。答：1)减小启动时的轴向水推力，一般要求较大的导叶开度和叶片转角下启动；2）顶起转动部分，使推力瓦面与镜板之间充油；3）在瓦面上开设专门的静压油室，在启动过程中，从机外供油室供以高压油，使轴承处于静压工作状态，大大降低静压摩擦系数，使阻力矩减小，启动时间缩短。10、简述切击式水轮机结构及主要工作部件，并说明其作用。答：切击式水轮机主要由进水管，喷管，转轮，外调节机构，副喷嘴，机壳和排水坑渠组成。进水管：引导水流，并将过机流量均匀的分配给各喷管。喷管：主要由喷嘴，喷针