水电站作业题答案

1、水电站课程思考练习题一绪论1.水电站课的研究对象是什么？2.我国有哪些水电开发基地？3.水电站由哪三部分内容构成？4.水电站系统由哪几个系统构成？各系统的主要作用是什么？二水力发电原理1.试阐述水能利用原理。2.什么是水电站的出力和保证出力?3.按照集中落差方式的不同，水电站的开发可分为几种基本方式?何为坝式水电站、引水式水电站和混合式水电站? 4.坝式水电站水利枢纽和引水式水电站水利枢纽各有哪些主要特点?5.坝后式和河床式水电站枢纽的特点是什么?其组成建筑物有哪些?6.无压引水式和有压引水式水电站枢纽的特点是什么?其组成建筑物有哪些?7.水电站有哪些组成建筑物?*8.规划设计阶段如何简单估算

2、水电站的出力及年发电量？什么是设计保证率、年平均发电量？用什么方法确定N保和年？*9.小型水电站装机容量的组成、确定Ny的简化方法有哪些？三水力机械1. 什么是反击式水轮机？什么是冲击式水轮机？2. 反击式水轮机分为哪几种？冲击式水轮机分为哪几种？q 定义：利用水流的动能来做功的水轮机为冲击式水轮机。q 特征： 由喷管和转轮组成。水流以自由水流的形式(P=Pa)冲击转轮，利用水流动能(V方向、大小改变)产生旋转力矩使转轮转动。在同一时刻内，水流只冲击着转轮的一部分，而不是全部。水斗式v 特点是由喷嘴出来的射流沿圆周切线方向冲击转轮上的水斗作功。v 水斗式水轮机是冲击式水轮机中目前应用最广泛的一

3、种机型。 q 斜击式：射流中心线与转轮转动平面呈斜射角度。q 双击式：水流穿过转轮两次作用到转轮叶片上。v 斜击、双击水轮机构造简单，效率低，用于小型电站。3.解释下列水轮机型号的含义？（1）HL220-WJ-71（2）ZZ560-LH-1130 （3）GD600-WP-250（4）2CJ22-W-120/210 （5）SJ40-W-50/40 （1）HL220-WJ-71（2）ZZ560-LH-1130 （3）GD600-WP-250（4）2CJ22-W-120/210 （5）SJ40-W-50/40 q 1.混流式水轮机，转轮型号是220，卧轴，金属蜗壳，转轮直径为71cmq 2.表示轴流

4、转浆式水轮机，转轮型号560，立轴，混凝土蜗壳，转轮标称直径为1130cm q 3.贯流定桨式水轮机，转轮型号为600，卧轴，灯泡式水轮机室，转轮标称直径250cmq 4.表示水斗式(冲击式)水轮机，同一轴上装有2个转轮，卧轴布置，转轮标称直径为120cm，每个转轮有2个喷嘴，喷嘴设计射流直径为10cmq 5.表示双击式水轮机，转轮型号40，卧轴布置，转轮标称直径为50cm，转轮轴向长度为40cm。 4.反击式水轮机引水道由哪四部分构成？其作用各是什么？反击式水轮机的过流部件(1) 进水(引水)部件蜗壳：将水流均匀、旋转，以最小水头损失送入转轮。作用：引导水流均匀、平顺、轴对称地进入水轮机的导

5、水机构，并使水流在进入导叶前形成一定的环流，以提高水轮机的效率和运行稳定性。q (2) 导水机构（导叶及控制设备)：控制工况作用：引导水流以一定的方向进入转轮，形成一定的速度矩，并根据机组负荷的变化调节水轮机的流量以达到改变水轮机功率的目的。(3) 工作机构：转轮（工作核心)：能量转换，决定水轮机的尺寸、性能、结构。(4) 泄水部件(尾水管):回收能量、排水至下游。尾水管的作用是引导水流进入下游河道，并回收部分动能和势能。5.蜗壳分为哪两类？各适应的场合是什么？6.座环的作用是什么？7.尾水管分为哪几类？其作用是什么？8.反击式水轮机和冲击式水轮机调节流量的方式有什么不同？9.水轮机基本方程的

6、本质是什么？10.水轮机的能量损失有哪三种？其中损失最大的是哪种损失？11.什么是水轮机的最优工况？反击式水轮机最优工况的条件是什么？q 水轮机的总效率 v 提高效率的有效方法是减小水头损失、流量损失、机械摩擦损失。根据模型试验得到。 v 水轮机的最优工况是指最高的工况。 v 最优工况 效率最高的工况 起决定作用的是水头损失 进口水流的撞击损失和出口涡流损失，则最优工况为撞击损失和涡流损失均最小的工况。v12.提高水轮机效率的途径有哪些?正确设计水轮机的过流部件的形状运行接近设计工况(最优采取有效的止漏措施减少机械摩擦损失(如轴承、轴封中的摩擦）13.什么是气蚀？气蚀的危害有哪些？水在通过水轮

7、机流道时，由于各处的速度和压力不同，在低压区会产生水的汽化，出现气泡。当含气泡的水流到高压区时，气泡又会溃灭。汽泡在溃灭过程中，由于汽泡中心压力发生周期性变化，使周围的水流质点发生巨大的反复冲击，对水轮机过流金属表面产生破坏的现象，称水轮机的汽蚀。 q 汽蚀造成的危害v 使过流部件机械强度降低，严重时整个部件破坏。v 降低机组出力与效率。增加过流部件的糙率，水头损失加大，效率降低，流量减小，出力下降。v 机组产生振动、噪音及负荷波动，导致机组不能安全稳定运行。v 缩短了机组检修的周期，增加了检修的复杂性。消耗钢材、延长工期；增加运行成本。14.怎样确定水轮机的吸出高？15.水轮机相似条件包括那

8、几方面？16水轮机调节的任务是什么？调节的设备名称叫什么？q 随外界负荷的变化，迅速改变机组的出力。q 保持机组转速和频率变化在规定范围内。q 启动、停机、增减负荷，对并入电网的机组进行成组调节(负荷分配)。水轮机调节所用的调节装置称为水轮机调速器17调速器有哪两种主要类型？18油压装置的作用是什么？q 作用 是供给调速器（蝶阀，球阀，减压阀等）压力油能源设备。q 组成v 压力油箱：储存和供应能量。由30-40%压力油和压缩空气（25kg/cm2,40kg/cm2)v 回油箱:回收调速器的回油和漏油。v 油泵（2台）：向压力油箱供油。v 附件：压力继电器，空气阀，压力表，油位表，油过滤器，温度

9、计等控制元件，球阀及管路系统19. 油压装置分为哪两类？20.现化水轮机以什么为依据分为两大类（反击式.冲击式）？反击式水轮机又是以什么为依据分为混流、轴流、斜流、贯流等型式？21.组成反击式水轮机的五大部件、各部件的重要部件及其作用？u 引水机构（蜗壳）：将水流引入转轮前的导水机构并形成一定的旋转量。u 导水机构（活动导叶及其传动机构）：引导水流按一定方向进入转轮，并通过改变导叶开度来改变流量，调整出力；此外还可用来截断水流，以便进行检修与调相运行，开、停机.u 工作机构（转轮）：将水流能量转变为旋转机械能。u 泄水机构（尾水管）：引导水流流至下游,并能回收转轮出口水流中的剩余能量。u 非过

10、流部件（主轴、润滑、密封等）：将转轮机械能传递给发电机转子。22.反击式和冲击式水轮机各是如何调节流量的，调节流量的目的是什么？23.水轮机的最优工况、限制工况、吸出高的概念，它们各是如何确定的，各型水轮机的安装高程如何确定？24.水轮机的基本方程式如何表述，方程式说明水轮机作功的原理（能量转换的实质）是什么？25.什么是单位参数、比转速？为什么要引入这两种参数？说明比转速的意义。P81,85将任一模型试验所得到的参数按照相似定律换算成D1M =1.0m和HM =1.0m的标准条件下的参数，并把这些参数统称为单位参数。 因为同一系列水轮机在相似工况时上式左边两单位参数均为常数，故右端也为常数，

11、定义为比转速。比转速同一轮系水轮机，当其工作水头H=1m，出力N=1kW时，所具有的转速。26.水轮机的主要综合特性曲线与有什么联系与区别？p91水轮机的综合特性曲线是由水轮机模型试验资料整理后绘制而成的，在水轮机有关手册或制造厂产品目录中可获得，每一个轮系都有一套对应的主要综合特性曲线。运转综合特性曲线 在转轮直径 D1 和转速 n 为常数时，原型水轮机主要运行参数(水头、出力、效率、吸出高等）之间关系曲线。常以水头 H 和出力 N 为纵、横坐标绘制而成。 作用 由于它包括了水轮机的整个运行区域，可用于检查所选水轮机是否正确，也可指导水轮机的合理运行。 运转特性曲线来源 是根据同系列模型水轮

12、机的主要综合特性曲线换算和修正得来。27.水轮机选择的主要工作内容是什么？28.画出一个有压引水式水电站示意图，并标明各个主要建筑物、机电设备的名称。四进水和引水建筑物1、简述深式进水口主要型式、各种型式布置特点及适用条件，并说明其位置、高程、轮廓尺寸是如何确定的?q 无压进水口：v 主要特征是：表层水 无压流v 适用于从天然河道或水位变化不大的水库中取水。无压引水式水电站的进水口一般为无压进水口。q 有压进水口：v 主要特征是：深层水 有压流v 适用于从水位变化幅度较大的水库中取水。有压进水口也称深式进水口或潜没式进水口。q 河岸式进水口v 洞式进水口v 墙式进水口v 塔式进水口q 坝式进水

13、口q 1.洞式进水口v 特征：在隧洞进口附近的岩体中开挖竖井，井壁一般要进行衬砌，闸门安置在竖井中，竖井的顶部布置启闭机及操纵室，渐变段之后接隧洞洞身。v 适用：工程地质条件较好，岩体比较完整，山坡坡度适宜，易于开挖平洞和竖井的情况q 2.墙式进水口v 特征：进口段、闸门段和闸门竖井均布置在山体之外，形成一个紧靠在山岩上的单独墙式建筑物，承受水压及山岩压力。要有足够的稳定性和强度。v 适用：地质条件差，山坡较陡，不易挖井的情况 q 3.塔式进水口v 特征：进口段、闸门段及其一部框架形成一个塔式结构，耸立在水库中，塔顶设操纵平台和启闭机室，用工作桥与岸边或坝顶相连。塔式进水口可一边或四周进水。v

14、 适用：当地材料坝、进口处山岩较差、岸坡又比较平缓q 1.位置v 原则q 水流平顺、对称，不发生回流和漩涡，不出现淤积，不聚集污物，泄洪时仍能正常进水。q 进水口后接压力隧洞，应与洞线布置协调一致，要选择地形、地质及水流条件均较好的位置。q 2.高程v 1）顶部高程：进水口顶部高程应低于最低死水位，并有一定的埋深：l 正向对称进水，c=m.55;侧向非对称进水c=0.73.v 2）底部高程：进水口的底部高程通常在水库设计淤沙高程以上0.51.0m，当设有冲沙设备时，应根据排沙情况而定。3、轮廓尺寸l 组成：一般由进口段、闸门段、渐变段组成l 进水口的轮廓应使水流平顺，流速变化均匀，水流与四周侧

15、壁之间无负压及涡流。l 进口流速不宜太大，一般控制在1.5m/s左右 v 1）进口段l 作用是连接拦污栅与闸门段，矩形断面。l 隧洞进口段为平底，两侧收缩曲线为四分之一圆弧或双曲线，上唇收缩曲线一般为四分之一椭圆，如x2/202+y2/92=1。l 进口段的长度没有一定标准，在满足工程结构布置与水流顺畅的条件下，尽可能紧凑v 2）闸门段l 闸门段是进口段和渐变段的连接段，闸门及启闭设备在此段布置。l 闸门段一般为矩形，事故闸门净过水面积为(1.11.25)洞面积；检修闸门孔口与此相等或稍大。l 门宽B 等于洞径D，门高略大于洞径D。v 3）渐变段l 矩形闸门段到圆形隧洞的过渡段。l 通常采用圆

16、角过渡，圆角半径r可按直线规律变为隧洞半径R ；l 渐变段的长度：一般为隧洞直径的1.52.0倍；侧面收缩角为68为宜，一般不超过10。2、拦污栅的工作要求?拦污栅的布置设计如何进行?3、水电站引水渠道的设计要满足哪些基本要求?渠道线路如何选择?其断面设计应注意哪些问题?4、什么是自动调节渠道?什么是非自动调节渠道?它们的特点和适用条件是什么?v 1）非自动调节渠道l 渠顶大致平行渠底，渠道的深度沿途不变，在渠道末端的压力前池中设溢流堰。l 适用：引水道较长，对下游有供水要求。l 溢流堰作用：限制渠末水位；保证向下游供水。l 当水电站引用流量Q =Qmax，压力前池水位低于堰顶；QQmax,

17、水位超过堰顶, 开始溢流；Q =0时，通过渠道的全部流量泄向下游。v 自动调节渠道l 渠道首部和尾部堤顶的高程基本相同，并高出上游最高水位，渠道断面向下游逐渐加大，渠末不设泄水建筑物。l 适用：渠道不长，底坡较缓，上游水位变化不大的情况。 l 水电站引用流量Q = 0 时，渠道水位是水平的，渠道不会发生漫流和弃水现象；QQmax为降水曲线。v 自动调节渠道v 优点：充分利用水头和流量，有一定调节容积。v 缺点：工程量大，造价高。v 非自动调节渠道v 优点：工程量小，造价低；v 缺点：有部分水头和流量损失，不能充分利用水资源。5、水电站引水渠道水力计算的特点和任务是什么?6.对水电站引水渠道进行

18、非恒定流计算的原因和作用？7.水电站有压进水口的位置和高程如何确定？有压进水口的型式有那几种？v 组成：一般由进口段、闸门段、渐变段组成v 进水口的轮廓应使水流平顺，流速变化均匀，水流与四周侧壁之间无负压及涡流。v 进口流速不宜太大，一般控制在1.5m/s左右 v 1）进口段v 作用是连接拦污栅与闸门段，矩形断面。v 隧洞进口段为平底，两侧收缩曲线为四分之一圆弧或双曲线，上唇收缩曲线一般为四分之一椭圆，如x2/202+y2/92=1。v 进口段的长度没有一定标准，在满足工程结构布置与水流顺畅的条件下，尽可能紧凑v 2）闸门段v 闸门段是进口段和渐变段的连接段，闸门及启闭设备在此段布置。v 闸门

19、段一般为矩形，事故闸门净过水面积为(1.11.25)洞面积；检修闸门孔口与此相等或稍大。v 门宽B 等于洞径D，门高略大于洞径D。v 3）渐变段v 矩形闸门段到圆形隧洞的过渡段。v 通常采用圆角过渡，圆角半径r可按直线规律变为隧洞半径R ；v 渐变段的长度：一般为隧洞直径的1.52.0倍；侧面收缩角为68为宜，一般不超过10。q 河岸式进水口v 洞式进水口v 墙式进水口v 塔式进水口q 坝式进水口*8.某引水式电站安装3台机组，单机容量1600KW，引水渠道设计流量24.3m3/s，引水渠末端渠底高程66.25m，渠底宽4.5m，边坡1：0.33，设计水深h3.5m，流速为1.39m/s，压力

20、前池与引水渠压力管道同一轴线，采用3根压力钢管引水D1.75m，要求拟定前池各组成部分结构尺寸，特征水位，绘制前池平、剖面图。9.前池的作用有哪些？q 作用：v 1 平稳水压、平衡水量。 v 2 均匀分配流量。 v 3 供水或 渲泄多余水量。 v 4 拦阻污物、浮冰和清除泥沙。10.前池有哪三种布置方式？其特点各是什么？11.调节池是怎样工作的？五压力管道1. 压力水管的功用、特点是什么?压力水管的类型有几种?各适用什么条件?2. 压力水管的类型有几种?各适用什么条件?1.按管壁材料分类(1)钢管：强度高，抗渗性能好。应用：中/高水头水电站(2)钢筋混凝土管：造价低，刚度较大、经久耐用，能承受

21、较大外压，管壁承受拉应力能力较差。应用：水头较低的中小型水电站。(3)钢衬钢筋混凝土管：应用：水头较高的情况(4)玻璃钢管：水流摩阻系数小，重量轻。应用：水头不高、流量较小的中小型水电站。q 2.按管道布置方式分类v （1）地面压力管道（明管、露天式压力管道）：露天铺设。应用：引水式地面厂房。v （2）地下压力管道：布置在地面以下成为地下管道。应用：电站厂房布置在地下或地形地质条件不宜布置成明管时采用。q 地下埋管：压力管道埋入岩体中，内水压力由管壁和周围岩体分担。q 回填管：地面开挖沟槽，压力管道铺设在沟槽内后，再以土石回填，内水压力全部由管壁承担。v （3）坝体压力管道：坝式水电站厂房紧靠

22、坝体布置，压力管道穿过坝身成为坝体压力管道。应用：坝后式、坝内式、地下式厂房。l 坝内埋管：埋设于混凝土坝体内的压力管道，常采用钢管。坝内埋管的安装与大坝施工干扰较大，且影响坝体强度。l 坝后背管：将压力钢管穿过上部混凝土坝体后布置在下游坝坡上。布置较坝内式的稍长，且管壁要承受全部内水压力，管壁厚度较大，用钢量多。应用：宽缝重力坝、支墩坝及薄拱坝的坝后式厂房。3. 压力水管的线路选择布置原则是什么?4. 压力水管的供水方式、引进方式、敷设方式有哪几种?各自的优缺点和适用条件是什么? 1.压力管道的供水方式 单元 联合 分组供水单元供水q 每台机组都有一根水管供水。q 优点：结构简单，运行方便可

23、靠，一根故障或检修不影响其他。q 缺点：费材，工程量大，造价高q 适用：坝式电站，明管，管道比较短联合供水q 多台机组共用一根总水管。q 优点：机组多时水管数量少，管理方便，较经济q 缺点：总管发生故障或检修时，由它供水的机组都要停止，每台机组都要安设阀门以便检修该机组时不影响其他机组运行。q 适用：水头较高，流量较小的电站、地下厂房。q分组供水q 由多根水管供水，每根水管同时向两台以上机组供水。q 特点：介于以上两种供水方式之间。q 适用：管道较长，机组台数较多，需限制管径过大的水电站。2.压力管道的引进方式(管轴线与厂房纵轴关系正向引进q 管道的轴线与厂房的纵轴线垂直。q 特点：水流平顺、

24、水头损失小，开挖量小、交通方便。钢管发生事故时直接危及厂房安全。q 适用：低水头电站。q 例子：杨凌电站侧向引进q 管道的轴线与厂房的纵轴线平行。q 特点：水头损失大，但避免水流直冲厂房。管材用量增加，开挖工程量较大。q 适用：高、中水头电站。q 例子：汤峪水电站斜向引进q 管道的轴线与厂房的纵轴线斜交。q 特点：介于上述两者之间q 适用：分组供水和联合供水。3 1.连续式v 明钢管管身在两镇墩之间是连续的，中间不设伸缩节。v 工程中只在分岔管处用，一般较少用之。2.分段式v 在两镇墩之间设置伸缩节将钢管管身分段。v 钢管轴线弯转处设镇墩，镇墩间管段用支墩支承，两镇墩间设伸缩节。v 支墩起支承

25、管身的作用。v 伸缩节宜设在靠近镇墩的下游侧。v 明钢管多用之。5. 镇墩、支墩的作用是什么?各有几种类型？其优缺点是什么? 6. 隧洞式钢管外压失稳的原因及防止外压失稳的措施有哪些？q 防外压失稳措施v 排水措施：降低地下水位。v 搞好钢衬和混凝土间接缝灌浆，减小施工缝隙。v 在钢衬外焊接刚性环或锚筋加固。P91图4-31.v 增大钢衬厚度。7. 露天钢管的直径和壁厚如何估算？8. 8.简述露天钢管的设计程序。9. 压力水管中附设通气孔.通气阀的作用原理。10. 水电站压力水管进水口处应设置哪些闸门？其相互位置、作用、布置方式及运用要求是什么？ 1. 1）工作闸门(事故闸门)(emergen

26、cy gate)1. 作用：紧急情况下切断水流，以防事故扩大。2. 运用要求：动水中快速(12min)关闭，静水中开启。3. 布置方式：一般为平板门。每扇闸门配置一套固定电动卷扬机或液压启闭机。4. 在进水口处设旁通管和充水阀，以保证工作闸门静水中开启。2. 2）检修闸门(bulkhead gate)：1. 作用：设在工作闸门上游侧，检修事故闸门和及其门槽时用以堵水。2. 运用要求：静水中启闭。3. 布置方式：平板闸门，几个进水口共用一套检修闸门，启闭可用移动式（门机、卷扬机）或临时启闭设备，平时检修闸门存放在储门室内。11. 如何判断坝内式钢管外围混凝土开裂情况？12. 常用分岔管的类型及各

27、自的特点（优缺点及适用范围）。13. 水电站进水钢管上的附件有哪些？各自的作用是什麽？六调保计算1、什么叫直接水击?其计算公式是什么?直接水击压强的大小与哪些因素有关?2、什么叫间接水击?什么叫第一相水击和末相水击?各发生在那种场合?它们沿管长分布规律是怎样的?如果水轮机调节时间Ts2L/c，则开度变化结束之前水库反射波已经回到阀门处，阀门处的水锤压力由向上游传播的F波和向下游传播的f波相叠加而成称为间接水锤q 原理 先求阀门、进口处水击压力，再根据连锁方程可求出管道中间任意断面的水击压力。q 规律 水击类型 (直接水击、间接水击第一相水击、间接水击极限水击)不同，水击压力沿管长的分布规律不同

28、。3、什么叫复杂管?串联管和简单管等价的条件是什么？其水击计算中的波速和流速如何确定?4、在什么条件下水击计算要考虑蜗壳和尾水管的影响?如何分别计算压力水管末端、蜗壳末端及尾水管进口等三处的水击压力值?5、什么是水击?水击现象是如何发生的?6、什么叫调节保证计算?其任务是什么?q 调节保证计算的概念 为检验调节过程中机组转速变化及水压力变化是否满足要求的计算叫调节保证计算q 调节保证计算的任务 根据水电站压力引水系统和水轮发电机的特性，合理选择调速器的调节时间和调节规律，进行水击压力和机组转速变化值的计算，使二者均在允许范围内。 具体任务:v 计算过水系统最大和最小水压力；v 计算丢弃和增加负

29、荷时机组转速的变化值，检验其是否在允许范围内；v 研究减小水击压力和机组转速变化的措施；v 合理选择调速器的调节时间和调节规律。7、改善调节保证的措施有哪些？q 1. 缩短压力水管的长度；q 2. 减小压力管道中流速；q 3. 延长阀门关闭时间，但会引起转速相对变化值升高。若转速不能满足要求，可采取下列措施v 在蜗壳上设减压阀（反击式）或设折流板（水斗式）；v 设水阻器，在机组甩负荷时投入运行。v 设安全阀或爆破膜。q 4. 增大机组飞轮力矩GD2（加大发电机转子重量和直径；小机组常在轴上另外加设飞轮），以限制转速的过大变化；q 5. 采用合理的调速器调节规律。8. 某水电站H0=80米，压力

30、管道L=600米，水击波速a=1000m/s,机组全开时，最大流速Vmax=4m/s,管道末端装有冲击式水轮机，阀门按直线规律关闭，（1）关闭时间为5s,用解析法求距上游进水口450m处的最大水击压力升高值。（2）若关闭时间为0.5s, 最大水击压力升高值为多少？某水电站H0=80米，压力管道L=600米，水击波速a=1000m/s,机组全开时，最大流速Vmax=4m/s,管道末端装有冲击式水轮机，阀门按直线规律关闭，关闭时间为5s,用解析法求距上游进水口450m处的最大水击压力升高值。【解】1.判断水击类别 TS=0.52L/a=2*600/1000=1.2 发生直接水击q 2.压力升高值管道特征系数3.管道末端压力升高值9.说明首相水击、末相水击，各是如何进行判断和解析计算的？各自的近似计算公式。10.怎样将复杂管路（串联或分岔管）的水击问题简化成简单管路进行水击计算？11.说明调节保证计算的标准及改善调节保证的措施，为什么可以采用这些措施以改善调节保证？七调压室1、调压室的作用是什么?p2652、设置调压室的条件是什么?3、调压室有那几种基本结构类型，各适用于什么情况？p2694、设计调压室有哪些基本要求?5、影响调压室水位波动稳定的因素有哪些？如何影响？6、说明调压室的工作原理。p2727.如何用