水電站問答題答案版

1、 水電站復習思考題 （1） 復習思考題（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、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？復習思考題（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)轉輪內的水流運動和轉輪轉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節(jié)流量的？反擊式水輪機：水流在轉輪空間曲面形葉片的

2、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，驅動轉輪旋轉。3.什么是同步轉速，同步轉速與發(fā)電機的磁極對數(shù)有什么關系？尾水管的作用是什么？同步轉速：電機轉子轉速與定子的旋轉磁場轉速相同(同步)。同步轉速與發(fā)電機的磁極對數(shù)無關。尾水管的作用：將通過水輪機的水流泄向下游；轉輪裝置在下游水位之上時，能利用轉輪出口與下游水位之間的勢能H2；回收利用轉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“”隔開。第一部分由漢語拼音字母與阿拉伯數(shù)字

3、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輪的標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/Pw 5.什么是比轉速？表示當工作水頭H=1m、發(fā)出功率N=1kw時，水輪機所具有的轉速n稱為水輪機的比轉速。 復習思考題（水輪機部分）（三）1. 解釋水輪機效率的組成，三種效率之間的關系如何？什么是水輪機的最優(yōu)工況？水力效率s、容積效率v、機械效率j。其關系是=j·v·s。水輪機運行效率最高的工況，稱為水輪機的最優(yōu)工況。對反擊式水輪機，同時滿足水輪

4、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，使周圍的水流質點發(fā)生巨大的反復沖擊，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.水輪機的基本方程式如何表達，方程式的實質是什么？4.水輪機的相似條件和相

5、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，轉速n等）之間的關系。通常包括轉速相似律，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)和比轉速？比轉速和轉速、機組類型、汽蝕系數(shù)有什么關系？當水輪機轉輪直徑D1=1m時、水頭H=1m時，水輪機的轉速、流量、出力分別稱為單位轉速、

6、單位流量和單位出力，統(tǒng)稱單位參數(shù)。，表示當工作水頭H=1m、發(fā)出功率N=1kw時，水輪機所具有的轉速n稱為水輪機的比轉速。.比轉速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H一定時： Nn。機組尺寸縮小，投資減少，因此提高比轉速可以降低造價。當H和N一定時，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、轉速、出力和效率等。其幾何參數(shù)包括轉輪直徑、活動導葉的開度，葉片轉角等。水輪機的綜合特性

7、曲線有模型綜合特性曲線和運轉綜合特性曲線兩種。運轉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計時檢查所選水輪機在、是否正確和建成后指導水電站的合理經(jīng)濟運行。復習思考題（水輪機部分）（四）1.水輪機選擇的內容是什么？選擇方法有幾種？水輪機選型設計的內容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、繪制水輪機運轉特性曲線5、確定蝸殼、尾水管的形式及其尺寸，估算水輪機的重量和價格。6、調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)，結合水輪機在結構上、材料、運行等方面的要求，擬定并向廠家提出制造任務書，最終雙方共同

8、商定機組的技術條件，作為進一步設計的依據(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特性曲線各自的作用是什么？運轉特性曲線研究目的：進一步分析比較原型水輪機各方案之間的能量特性，指導水輪機的安全運行。綜合反映原型水輪機H、N、Hs等參數(shù)之間的關系曲線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，為什么？模型水輪機的最高效率更高4.水輪機調節(jié)的原理，反擊式和沖擊式水輪機各自是如何調節(jié)流量的，水輪發(fā)電機在并網(wǎng)前后調節(jié)流量的目的和作用是否相同，有何不同？反擊式：通過改變導葉開度a

9、0 ，ZZ：同時改變葉片轉角。沖擊式：通過改變噴嘴開度。 水輪發(fā)電機在并網(wǎng)前調節(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)電機的端電壓恢復并保持在許可范圍內。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和轉速n的函數(shù)發(fā)電機調速器動作發(fā)電機的轉速恢復并保持在許可范圍內。水輪發(fā)電機在并網(wǎng)后調節(jié)流量的作用：隨外界負荷的變化，迅速改變機組的出力。保持機組轉速和頻率變化在規(guī)定范圍內，最大偏差不超過±0.5Hz，大電力系統(tǒng)不超過±0.2Hz。啟動、停機、增減負荷，對

10、并入電網(wǎng)的機組進行成組調節(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試器？水輪機調速設備包括：調速柜、接力器、油壓裝置中小型調速器是將上面的三部分結合在一起，成為一個整體設備，以主接力器的工作容量(也稱為調速功)為表征組成標準系列。用調速功來進行選擇。調速功：接力器活塞上的油壓力與其行程的乘積。反擊式水輪機的調速功： A=(200250)Q(HmaxD1)1/2 Q為最大水頭下額定出力時的流量。沖擊式水輪機的調速功： A=9.81 Z0 (d0+d03 Hmax/6000) Z0為噴嘴數(shù)目 d0為額定流量時的射流直徑。水電站復習思考題（2）復習思考題（引水部分

11、）（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當從水庫地形、地質條件、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口的進水量。引水隧洞的進水口應與隧洞路線的選擇協(xié)調一致，布置在地形地質及水流條件均合適的地點。有壓進水口應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高

12、于水庫的設計淤積高程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。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，降低工程造價和設備費用。2.攔污柵的工作要求?攔污柵的設計如何進行?主要作用：防止漂木、樹枝樹葉、雜草、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=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

13、力鋼管進水口處應設置哪些閘門？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設檢修門和事故門，檢修門在事故門前。事故門的作用是當水電站發(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閉，靜水中開啟；檢修門是當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：引水道充氣時用以排氣，事故閘門緊急關閉放空引水道時，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。復習思考題（引水部分）（二）1.說明水電站壓力水管的供水

14、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。縱向引近：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：簡化條件推導公式。精度較低，初步設計時采用 Qmax壓力管道設計流量，H設計水頭經(jīng)濟流速法：壓力管道經(jīng)濟流速一般為46m/s，最大不超過7

15、m/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計步驟。1、線路選擇：選擇幾個方案，進行技術經(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、管道布置及附件設計：鎮(zhèn)墩、支墩、伸縮節(jié)、進人孔、閥門。4、水力計算： (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、壓力鋼管結構設計(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)

16、定設置加勁環(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)定及地基應力。4.壓力鋼管鎭墩的下游側為什么要設置伸縮節(jié)？5.水電站壓力鋼管進水口處應設置哪些閘門？其相互位置、作用、布置方式及運用要求是什么？復習思考題（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

17、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，國內應用尚少。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。目前國內應用較少。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)的原因：外壓鋼襯屈曲鋼襯變形達到0外壓繼續(xù)增加鋼襯發(fā)生更多波形的屈曲鋼襯應力值鋼襯應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

18、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高度。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、敷設方式有哪幾種?各自的優(yōu)缺點和適用條件是什么?明鋼管的敷設方式有以下兩種：1）分段式。在相鄰兩鎮(zhèn)墩之間設置伸縮接頭，當溫度變化時，管段可沿管軸線方向移動，因而消除了管壁中的溫度應力。明鋼管大都采用此種敷設方式。2）連續(xù)式。兩鎮(zhèn)墩間的管身連續(xù)敷設，中間不設伸縮節(jié)。由于鋼管兩端固定，不能移動，溫度變化時，管身將產(chǎn)

19、生很大的軸向溫度應力。為減小管身的溫度應力，在管身的適當位置設置一些可自由轉動的轉角接頭。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。相當于連續(xù)梁的滾動支承，允許水管在軸向自由移動。伸縮節(jié)：消除溫度應力，且適應少量的不均勻沉降。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。復習思考題（引水部分）（四）1. 什么是水擊，什么是調節(jié)保證計算，調節(jié)保證計算的任務是什么？水擊：水輪機引用流量在某種特殊情況下，發(fā)生突然改

20、變，隨著壓力管道末端閥門或導水葉的突然關閉（或突然開啟），伴隨著壓力管道內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。調節(jié)保證計算：選擇調速器合理的調節(jié)時間和調節(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速變化，保證壓力和轉速變化不超過規(guī)定的允許值。機組調節(jié)保證計算的任務？（1）計算有壓引水系統(tǒng)的最大和最小內水壓力。最大內水壓力作為設計或校核壓力管道、蝸殼和水輪機強度的依據(jù)；最小內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真空度的依據(jù)；（2）計算丟棄負荷和增加負荷時轉速變化率，并檢驗其是否在允許的范圍內；（3）選擇調速器合理的調節(jié)時間和

21、調節(jié)規(guī)律，保證壓力和轉速變化不超過規(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？如果水輪機調節(jié)時間Ts2L/c，則水庫反射波回到閥門之前開度變化已經(jīng)結束，閥門處只受開度變化直接引起的水錘波的影響稱為直接水錘如果水輪機調節(jié)時間Ts>2L/c，則開度變化結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：）。計算公式：和當 >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 ，稱為極限水錘。極限水錘計算簡化公式當水錘壓強0.5時，可得到更為簡化的近似公式： 5.分析并說明如