水電站問答題答案版

1、水電站復(fù)習(xí)思考題（1 ）復(fù)習(xí)思考題（水輪機部分）（一）1. 水電站的功能是什么，有哪些主要類型？2. 水電站的裝機容量如何計算？3. 水電站的主要參數(shù)有哪些（H、Q N N裝、P設(shè)、N保），說 明它們的含義？4. 我國水能資源的特點是什么？5. 水力發(fā)電有什么優(yōu)越性？復(fù)習(xí)思考題（水輪機部分）（二）1. 水輪機是如何分為兩大類的？組成反擊式水輪機的四大部件是什么？水輪機根據(jù)轉(zhuǎn)輪內(nèi)的水流運動和轉(zhuǎn)輪轉(zhuǎn)換水能形式的不 同可分為反擊式和沖擊式水輪機兩大類。組成反擊式水輪機的四大部件是：引水部件、導(dǎo)水部件、工作部件、泄水部件2. 反擊式和沖擊式水輪機各是如何調(diào)節(jié)流量的？反擊式水輪機：水流在轉(zhuǎn)輪空間曲面形葉

2、片的約束下，連續(xù)不斷地改變流速的大小和方向。沖擊式水輪機：輪葉的約束下發(fā)生流速的大小和方向的改變，將其大部分的動能傳遞給輪葉，驅(qū)動轉(zhuǎn)輪旋轉(zhuǎn)3什么是同步轉(zhuǎn)速，同步轉(zhuǎn)速與發(fā)電機的磁極對數(shù)有什么關(guān)系？尾水管的作用是什么？同步轉(zhuǎn)速：電機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速與定子的旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速相同（同步）。同步轉(zhuǎn)速與發(fā)電機的磁極對數(shù)無關(guān)。尾水管的作用：將通過水輪機的水流泄向下游；轉(zhuǎn) 輪裝置在下游水位之上時，能利用轉(zhuǎn)輪出口與下游水位之間 的勢能H2;回收利用轉(zhuǎn)輪出口的大部分動能4. 水輪機的型號如何規(guī)定？效率怎樣計算？根據(jù)我國“水輪機型號編制規(guī)則”規(guī)定，水輪機的型號 由三部分組成，每一部分用短橫線“一”隔開。第一部分由 漢語拼音字母

3、與阿拉伯?dāng)?shù)字組成，其中拼音字母表示水輪機 型式。第二部分由兩個漢語拼音字母組成，分別表示水輪機 主軸布置形式和引水室的特征；第三部分為水輪機轉(zhuǎn)輪的標(biāo) 稱直徑以及其它必要的數(shù)據(jù)。水輪機的效率：水輪機出力（輸出功率）與水流出力（輸入功率）之比。？=P/Pw5. 什么是比轉(zhuǎn)速？nVNns 5H54表示當(dāng)工作水頭H=1m、發(fā)出功率N=1kw時，水輪機所具有 的轉(zhuǎn)速n稱為水輪機的比轉(zhuǎn)速。復(fù)習(xí)思考題（水輪機部分）（三）1. 解釋水輪機效率的組成，三種效率之間的關(guān)系如何？什么是 水輪機的最優(yōu)工況？水力效率 n s、容積效率n v、機械效率n j。其關(guān)系是 n = n j n v n s。水輪機運行效率n最高

4、的工況，稱為水輪機的最優(yōu)工況。對反擊式水輪機，同時滿足水輪機進口無撞擊、出口無漩渦，即為最優(yōu)工況。2. 解釋：水輪機的汽蝕、吸出高和安裝高程。水輪機的汽蝕：水在通過水輪機流道時，由于各處的速 度和壓力不同，在低壓區(qū)會產(chǎn)生水的汽化，出現(xiàn)氣泡。當(dāng)含 氣泡的水流到高壓區(qū)時，氣泡又會潰滅。汽泡在潰滅過程中， 由于汽泡中心壓力發(fā)生周期性變化，使周圍的水流質(zhì)點發(fā)生 巨大的反復(fù)沖擊，對水輪機過流金屬表面產(chǎn)生破壞的現(xiàn)象。吸出高：水輪機的吸出高度Hs是轉(zhuǎn)輪葉片壓力最低點到 下游水面的垂直距離，隨工況而改變。立式水輪機的安裝高程是指導(dǎo)葉高度中心面高程，臥式水輪機的安裝高程是指水輪機主軸中心線所在水平面高程。3.

5、水輪機的基本方程式如何表達，方程式的實質(zhì)是什么?4. 水輪機的相似條件和相似定律是什么？研究目的是什么?相似條件：要使原型水輪機與模型水輪機相似，必須具備三個相似條件，即幾何相似，運動相似和動力相似。水輪機的相似定律又叫相似律，是指水輪機在相似工況下運 行時各個工作參數(shù)（比如水頭 H，流量Q,轉(zhuǎn)速n等）之間 的關(guān)系。通常包括轉(zhuǎn)速相似律，流量相似律和出力相似律。研究目的：原型試驗既不經(jīng)濟又很困難，為了研究問題 方便，常將原型水輪機按比例縮小成模型，進行模型實驗， 獲得實驗數(shù)據(jù)后再設(shè)法換算成原型水輪機的特性參數(shù)。5. 什么是水輪機的單位參數(shù)和比轉(zhuǎn)速？比轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)速、機組類 型、汽蝕系數(shù)有什么關(guān)系？當(dāng)

6、水輪機轉(zhuǎn)輪直徑D1=1m時、水頭H=1m時，水輪機的 轉(zhuǎn)速、流量、出力分別稱為單位轉(zhuǎn)速、單位流量和單位出力， 統(tǒng)稱單位參數(shù)。A = nN，表示當(dāng)工作水頭H=1m、發(fā)出功率N=1kw時, 水輪機所具有的轉(zhuǎn)速n稱為水輪機的比轉(zhuǎn)速。比轉(zhuǎn)速ns是一 個能綜合反映水輪機工作參數(shù) n, H，N和Q之間關(guān)系的無量 綱參數(shù)，其值不隨工況變化而變化，因而是水輪機分類主要 依據(jù)當(dāng)H 定時：ns f- N f- n f。機組尺寸縮小，投資減少，因此提高比轉(zhuǎn)速可以降低造價當(dāng)H和N 定時，ns越高，空蝕系數(shù)越大，需要增加 廠房開挖。6. 水輪機的參數(shù)和特性曲線有哪些？ 模型綜合特性曲線的作用 及其組成？軸流式和混流式水

7、輪機的特性曲線有什么區(qū)別？水輪機的工作參數(shù)有水頭、流量、轉(zhuǎn)速、出力和效率等。 其幾何參數(shù)包括轉(zhuǎn)輪直徑Di、活動導(dǎo)葉的開度a0，葉片轉(zhuǎn)角 等。水輪機的綜合特性曲線有模型綜合特性曲線和運轉(zhuǎn)綜合 特性曲線兩種。運轉(zhuǎn)綜合特性曲線是針對原型水輪機繪制的，主要用于水電站的設(shè)計時檢查所選水輪機在、是否正確和建成后指導(dǎo) 水電站的合理經(jīng)濟運行。復(fù)習(xí)思考題（水輪機部分）（四）1. 水輪機選擇的內(nèi)容是什么？選擇方法有幾種？水輪機選型設(shè)計的內(nèi)容1、確定機組臺數(shù)及單機容量2、選擇水輪機型式（型號）及裝置方式3、確定水輪機參數(shù) D1、n、Hs、Za; Z0、d04、繪制水輪機運轉(zhuǎn)特性曲線5、確定蝸殼、尾水管的形式及其尺寸

8、，估算水輪機的重量和價格。6、調(diào)速器及油壓裝置選擇7、根據(jù)選定的水輪機型式和參數(shù)，結(jié)合水輪機在結(jié)構(gòu)上、材料、運行等方面的要求，擬定并向廠家提出制造任務(wù)書，最終雙方共同商定機組的技術(shù)條件， 作為進一步設(shè)計的依據(jù)。選擇方法：1、根據(jù)水輪機系列型譜選擇2、專題研究法3、查系列范圍圖法4、采用套用機組5、直接查產(chǎn)品樣本 6、統(tǒng)計分析法2. 水輪機的工作特性曲線和運轉(zhuǎn)特性曲線各自的作用是什么？運轉(zhuǎn)特性曲線研究目的：進一步分析比較原型水輪機各 方案之間的能量特性，指導(dǎo)水輪機的安全運行。綜合反映原型水輪機H、N、n、Hs等參數(shù)之間的關(guān)系曲 線3. 模型水輪機的最高效率與原型水輪機的最高效率哪個更高一些，為什

9、么？模型水輪機的最高效率更高4. 水輪機調(diào)節(jié)的原理，反擊式和沖擊式水輪機各自是如何調(diào)節(jié)流量的，水輪發(fā)電機在并網(wǎng)前后調(diào)節(jié)流量的目的和作用是否相同，有何不同？反擊式：通過改變導(dǎo)葉開度a0，ZZ:同時改變?nèi)~片轉(zhuǎn)角。沖擊式：通過改變噴嘴開度。水輪發(fā)電機在并網(wǎng)前調(diào)節(jié)流量的目的：盡可能的增大水輪機的 發(fā)電效率和使水輪機處于良好的運行狀態(tài)。水輪發(fā)電機在并網(wǎng)后調(diào)節(jié)流量的目的：系統(tǒng)負荷變化系統(tǒng)電壓發(fā)生變化發(fā)電機勵磁裝置動 作發(fā)電機的端電壓恢復(fù)并保持在許可范圍內(nèi)。系統(tǒng)負荷變化系統(tǒng)電流的頻率f發(fā)生變化，由于f是磁 極對數(shù)p和轉(zhuǎn)速n的函數(shù)發(fā)電機調(diào)速器動作發(fā)電機的轉(zhuǎn) 速恢復(fù)并保持在許可范圍內(nèi)。水輪發(fā)電機在并網(wǎng)后調(diào)節(jié)流量

10、的作用:隨外界負荷的變化，迅速改變機組的出力。保持機組轉(zhuǎn)速和頻率變化在規(guī)定范圍內(nèi)，最大偏差不超過士 0.5Hz,大電力系統(tǒng)不超過士 0.2Hz。啟動、停機、增減負荷，對并入電網(wǎng)的機組進行成組調(diào)節(jié)(負荷分配)，以達到經(jīng)濟合理的運行。5. 中小型水電站如何為水輪機選擇合適的調(diào)試器？水輪機調(diào)速設(shè)備包括：調(diào)速柜、接力器、油壓裝置中小型調(diào)速器是將上面的三部分結(jié)合在一起，成為一個整體設(shè)備，以主接力器的工作容量(也稱為調(diào)速功)為表征組成 標(biāo)準(zhǔn)系列。用調(diào)速功來進行選擇。調(diào)速功：接力器活塞上的油壓力與其行程的乘積。反擊式水輪機的調(diào)速功：A=(200250)Q(HmaxDi)1/2Q為最大水頭下額定出力時的流量。

11、沖擊式水輪機的調(diào)速功：A=981 Zo (do+do3 Hmax/6000)Zo為噴嘴數(shù)目dj為額定流量時的射流直徑。水電站復(fù)習(xí)思考題（2）復(fù)習(xí)思考題（引水部分）（一）1. 簡述有壓進水口的主要型式、有壓進水口的頂部高程、底部 高程如何確定高程、輪廓尺寸是如何確定的 ？有壓進水口的主要型式可分為豎井式、塔式、岸塔式、 岸坡式和壩式等有壓進水口位置的選擇應(yīng)當(dāng)從水庫地形、地質(zhì)條件、水 位變幅、引水路線、進水口型式以及其他進水口位置等方面 來綜合考慮。運行時應(yīng)能保證流向進水口的水流平順、對稱、 水頭損失小、不產(chǎn)生回流和漩渦、不產(chǎn)生淤積和聚集漂浮物 等現(xiàn)象。同時在其他進水口通過水量或泄洪時不影響該進水

12、 口的進水量。弓冰隧洞的進水口應(yīng)與隧洞路線的選擇協(xié)調(diào)一 致，布置在地形地質(zhì)及水流條件均合適的地點。有壓進水口應(yīng)低于運行中可能出現(xiàn)的最低水位，并有一 定的淹沒深度。有壓進水口的底部應(yīng)高于水庫的設(shè)計淤積高 程1.0m以上。有壓進水口沿水流方向可分為進口段、閘門段、漸變段 三部分。這三部分的尺寸及形狀，主要與攔污柵斷面、閘門 尺寸和引水道斷面有關(guān)。進水口的輪廓就是使這三個斷面能 平順的連接起來。在保證引進發(fā)電所需流量的前提下，盡可 能使水流平順的進入引水道，使水頭損失小、避免因水流脫 壁而產(chǎn)生負壓，降低工程造價和設(shè)備費用。2. 攔污柵的工作要求？攔污柵的設(shè)計如何進行？主要作用：防止漂木、樹枝樹葉、雜

13、草、垃圾、浮冰等 漂浮物隨水流進入進水口，同時不讓這些漂浮物堵塞進水口， 以免影響機組正常運行。確定面積：1)先求其凈面積二過柵流量/過柵流速：2) 凈面積與擋水的面積之和即為攔污柵的面積。3. 水電站壓力鋼管進水口處應(yīng)設(shè)置哪些閘門？其相互位置、作用、布置方式及運用要求是什么？水電站壓力鋼管進水口應(yīng)設(shè)檢修門和事故門，檢修門在 事故門前。事故門的作用是當(dāng)水電站發(fā)生事故時用來緊急截 斷水流，防止事故擴大。布置方式是一口一門，要求在動水 中快速關(guān)閉，靜水中開啟；檢修門是當(dāng)檢修事故門及門槽時 作為臨時擋水用的，多口共用一門，要求在靜水中啟閉。3. 通氣孔、通氣閥的作用是什么？通氣孔作用：引水道充氣時用

14、以排氣，事故閘門緊急關(guān)閉放空引水道時，用以補氣以防出現(xiàn)有害真空。充水閥作用：開啟閘門前向引水道充水，平衡閘門前后水壓，以便在靜水中開啟閘門，從而減小啟門力復(fù)習(xí)思考題（引水部分）（二）1. 說明水電站壓力水管的供水方式和引入廠房的方式，各有何優(yōu)缺點？壓力管道引進廠房的方式：正向引近：低水頭電站。水流平順、水頭損失小，開挖量小、交通方便。鋼管發(fā)生事故時直接危機廠房安全?？v向引近：高、中水頭電站。避免水流直沖廠房。斜向引近：分組供水和聯(lián)合供水。供水方式：單元供水、聯(lián)合供水、分組供水2. 如何簡單確定壓力鋼管的直徑和壁厚？1、壓力管道直徑的選擇動能經(jīng)濟比較法：基本原理與渠道相同（要考慮流速、水 錘壓力

15、的影響），擬定幾個直徑，進行動能經(jīng)濟計算，比較確 定最優(yōu)經(jīng)濟直徑。經(jīng)驗公式法：簡化條件推導(dǎo)公式。精度較低，初步設(shè)計時采用5.2Q3maxQmax壓力管道設(shè)計流量，H 設(shè)計水頭經(jīng)濟流速法：壓力管道經(jīng)濟流速一般為 46m/s，最大不超過 7m/s， Ae= Qmax/Ve鋼管管壁厚度估算1、用鍋爐公式初擬管壁厚度2、荷載計算3、管壁應(yīng)力計算，此時不計2mm銹蝕厚度。4、管壁強度的校核。5、抗外壓穩(wěn)定校核。3. 簡述地面壓力鋼管的設(shè)計步驟。1、線路選擇：選擇幾個方案，進行技術(shù)經(jīng)濟比較。2、管徑確定：通過動能經(jīng)濟比較，確定經(jīng)濟直徑。3、管道布置及附件設(shè)計：鎮(zhèn)墩、支墩、伸縮節(jié)、進人孔、 閥門。4、水力計

16、算：(1) 恒定流：確定鋼管在不同流量下的水頭損失。(2) 非恒定流：水電站在工況發(fā)生變化時，鋼管的水擊壓力。5、壓力鋼管結(jié)構(gòu)設(shè)計(1) 初步擬定管壁厚度(考慮銹蝕厚度)；(2) 根據(jù)管壁厚度用光滑管外壓穩(wěn)定計算公式進行外壓穩(wěn)定校核，如果不穩(wěn)定設(shè)置加勁環(huán)(也可用支承環(huán)代替)，并選定其間距；(3) 根據(jù)加勁環(huán)抗外壓穩(wěn)定和橫斷面壓應(yīng)力小于允許值的要求，確定加勁環(huán)的尺寸；（4）進行強度校核，如果不滿足要求則增加管壁厚度或縮小加勁環(huán)間距。在重復(fù)上面的步驟，直到滿足要求。6、校核鎮(zhèn)墩的穩(wěn)定及地基應(yīng)力。4. 壓力鋼管鎭墩的下游側(cè)為什么要設(shè)置伸縮節(jié)？5. 水電站壓力鋼管進水口處應(yīng)設(shè)置哪些閘門？其相互位置、作

17、用、布置方式及運用要求是什么？復(fù)習(xí)思考題（引水部分）（三）1. 說明分岔管的布置方式、種類和各自的適用條件。卜形布置?？v向引近和斜向引進的廠房常采用這種布置 方式。對稱Y形布置。適用于正向引近的廠房。三岔形布置。適用于正向引近的廠房。1、貼邊式岔管：常用于中、低水頭卜型布置的地下埋管。2、三梁岔管 適用：內(nèi)壓較高、直徑不大的明管道。3、月牙肋岔管適用：大中型電站。4、球形岔管適用：高水頭大中型電站。是國外采用比較 多的一種成熟管型，國內(nèi)應(yīng)用尚少。5、無梁岔管 有發(fā)展前途的管型，能發(fā)揮與圍巖共同受 力的優(yōu)點。目前國內(nèi)應(yīng)用較少。2. 說明地下埋管外壓失穩(wěn)的原因及防止外壓失穩(wěn)的措施。地下埋管外壓失穩(wěn)

18、的原因：外壓f-鋼襯屈曲-鋼襯變形達到0-外壓繼續(xù)增加t鋼襯發(fā)生更多波形的屈曲t鋼襯應(yīng)力值鋼襯應(yīng)力達到 材料屈服值失穩(wěn)。防止外壓失穩(wěn)的措施：1、降低地下水水壓力是防止鋼襯失穩(wěn)的根本方法，措施 是排水廊道結(jié)合排水孔；2、精心施工做好鋼襯與混凝土之間的灌漿，減小縫隙， 但灌漿時要注意鼓包問題，可采取臨時措施或限制灌漿壓力；3、流態(tài)混凝土的壓力穩(wěn)定可用臨時支撐解決或限制澆筑 咼度。3. 壓力水管的線路選擇布置原則是什么？盡量縮短管道的長度；減少管道空腔對壩體應(yīng)力的不利影響。減少管道對壩體施工的干擾并有利于管道安裝和施工。4. 壓力水管的供水方式、引進方式、 敷設(shè)方式有哪幾種？各自 的優(yōu)缺點和適用條件

19、是什么？明鋼管的敷設(shè)方式有以下兩種：1）分段式。在相鄰兩鎮(zhèn)墩之間設(shè)置伸縮接頭，當(dāng)溫度變 化時，管段可沿管軸線方向移動，因而消除了管壁中的溫度 應(yīng)力。明鋼管大都采用此種敷設(shè)方式。2）連續(xù)式。兩鎮(zhèn)墩間的管身連續(xù)敷設(shè)，中間不設(shè)伸縮節(jié)由于鋼管兩端固定，不能移動，溫度變化時，管身將產(chǎn)生很 大的軸向溫度應(yīng)力。為減小管身的溫度應(yīng)力，在管身的適當(dāng) 位置設(shè)置一些可自由轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)角接頭。這種方式在一定條件 下可能是經(jīng)濟合理的。但我國很少采用。5. 鎮(zhèn)墩、支墩的作用是什么？各有幾種類型？鎮(zhèn)墩：固定鋼管，承受因水管改變方向而產(chǎn)生的軸向不 平衡力。水管在此處不產(chǎn)生任何位移。支墩：承受管重和水重的法向分力。相當(dāng)于連續(xù)梁的滾

20、 動支承，允許水管在軸向自由移動。伸縮節(jié)：消除溫度應(yīng)力，且適應(yīng)少量的不均勻沉降。 支墩：滑動型支墩、滾動型支墩、擺動型支墩。鎮(zhèn)墩：封閉式、開敞式。復(fù)習(xí)思考題（引水部分）（四）1什么是水擊，什么是調(diào)節(jié)保證計算，調(diào)節(jié)保證計算的任務(wù)是什 么？水擊：水輪機引用流量在某種特殊情況下，發(fā)生突然改 變，隨著壓力管道末端閥門或?qū)~的突然關(guān)閉（或突然開 啟），伴隨著壓力管道內(nèi)水流流速的突然改變而產(chǎn)生壓強升高 （或降低）的現(xiàn)象稱為水錘現(xiàn)象。調(diào)節(jié)保證計算：選擇調(diào)速器合理的調(diào)節(jié)時間和調(diào)節(jié)規(guī)律, 計算有壓引水系統(tǒng)中的最大水錘壓力、最小水錘壓力和機組轉(zhuǎn)速變化，保證壓力和轉(zhuǎn)速變化不超過規(guī)定的允許值。機組調(diào)節(jié)保證計算的任務(wù)

21、？（1）計算有壓引水系統(tǒng)的最大和最小內(nèi)水壓力。最大內(nèi) 水壓力作為設(shè)計或校核壓力管道、蝸殼和水輪機強度的依據(jù)； 最小內(nèi)水壓力作為壓力管道線路布置，防止壓力管道中產(chǎn)生負壓和校核尾水管內(nèi)真空度的依據(jù)；（2）計算丟棄負荷和增加負荷時轉(zhuǎn)速變化率，并檢驗其是否在允許的范圍內(nèi)；（3）選擇調(diào)速器合理的調(diào)節(jié)時間和調(diào)節(jié)規(guī)律，保證壓力 和轉(zhuǎn)速變化不超過規(guī)定的允許值；（4）研究減小水錘壓強及機組轉(zhuǎn)速變化的措施。2. 水擊的相長和周期如何表示？3什么是直接水擊，什么是間接水擊？如果水輪機調(diào)節(jié)時間Ts2L/c ,則開度變化結(jié)束之前水庫 反射波已經(jīng)回到閥門處，閥門處的水錘壓力由向上游傳播的 F 波和向下游傳播的f波相疊加而成一一稱為間接水錘4什么是第一相水擊，什么是極限水擊？它們各是如何計算的？ （近似計算公式）第一相水錘：最大水錘壓力出現(xiàn)在第一相末（判別條件: 二0 ）。A2A2-1 1計算公式：1 “0 Y和 1 “0飛當(dāng)P 1時，最大水錘壓力出現(xiàn)在第一相以后的某一相， 其特點是最大水錘壓力接近極限值，即m 匕簡稱為極限水錘。極限水錘計算簡化公式O當(dāng)水錘壓強w 0.5時，可得到更為簡化的近似公式:5.分析并說明如何改善水電站的調(diào)節(jié)保證?6. 如何將復(fù)雜管路的水擊問題