《水电站》作业答案及评分标准

本文格式为Word版，下载可任意编辑——《水电站》作业答案及评分标准第一次作业

1.论述水轮机的基本类型和分类方法

(1)实际水流利用条件千差万别，各种形式的水轮机可以最大限度的利用水能。

1′

(2)水轮机可按能量利用特征、水流特征、转轮结构特征分类。1′(3)水轮机的主要类型可以归纳如下：4′

??混流式????轴流式?轴流定浆式????轴流转浆式?????斜流式?反攻式??全贯流式?????水轮机??伸缩式

?贯流式????半贯流式??竖井式????灯泡式?????????水斗式（切击式）??冲击式?斜击式??双击式???(4)水轮机按能量转换特征分为两类，为反攻式和冲击式:

反攻式水轮机既利用水流的动能也利用水流的势能；冲击式水轮机只利用水流的动能。

a.反攻式水轮机按转轮区内水流相对于主轴滚动方向的不同可分为:

混流式（水流辐向进，轴向出）;轴流式（水流轴向进，轴向出）;

斜流式（水流沿着与主轴成某一角度的方向滚动）;贯流式（机组在流道中间，周边过水）。其中:

轴流式水轮机根据其转轮叶片在运行中能否转动，可分为:

轴流定桨式和轴流转桨式.

贯流式水轮机根据其发电机装置形式的不同，可分为:

全贯流式和半贯流式。

b.冲击式水轮机按射流冲击转轮的方式不同可分为:

水斗式、斜击式和双击式三种。2′

(5)各种水轮机的适用水头不一样。水斗式水轮机的适用水头约为300～1700m，混流式水轮机约为20～700m，轴流式水轮机约为3～80m，斜流式水轮机约为40～200m，贯流式水轮机约为1～25m。2′

2.绘出混流式水轮机的示意图（沿主轴剖面图及沿蜗壳中心线平面图，图中应

标明其主要部件的名称）。

蜗壳座环顶盖泄水锥导叶叶片下环尾水管图1混流式水轮机沿主轴剖面图6′

壳蜗导叶座环

图2混流式水轮机沿蜗壳中心线平面图4′

3.比较混流式、轴流式和水斗式水轮机各主要部件的特征.

评分标准：

此题中前四种部件是主要方面，学生作答只要涵盖参考答案基本内容即可得分，不要求完全一致。

水轮机型号部件名称转轮构造特征（占5分，每小点1分。错答不答扣1分，扣完为止）混流式轴流式水斗式1.转轮由上冠、叶片、1.转轮叶片是沿轮下环、止漏环、和毂四周径向均匀泄水锥这五个部分分布的略有扭曲组成的翼形曲面体，2.转轮叶片沿圆周均其内侧弧线短，匀分布的固定于上曲度和厚度较冠和下环之间的若大，外侧弧线长干个扭曲面体，断较薄而平整。面形状为翼形2.定桨式转轮的叶片固定在轮毂上，转桨式转轮的叶片用球面法兰与轮毂连接多采用混凝土蜗壳，蜗壳包角一般为1.由轮盘及沿轮盘圆周均匀分布的斗勺形轮叶（即水斗）组成。轮叶的正面由两个半勺形的内表面和略带斜向的出水边组成，中间由分水刃分开，射流束的中线与分水刃重合。进水部件构造特征多采用金属蜗壳，蜗壳（占1分，每小点包角一般为0.5分。错答不答扣?0＝3450.5分，扣完为止）调理流量机构构造特征（占2分，每小点0.5分。错答不答扣0.5分，扣完为止）1.通过导水机构进行流量调理2.导水机构由导叶及其操作机构组成?0＝180高压水流通过压力钢管经喷嘴形成高速射流通过调速器调理叶片1.通过喷嘴和喷针转动与导叶转动来调构成的针阀来实节流量达到最优工况现流量调理2.喷嘴前装有折流板，用来防止突弃负荷时发生转轮飞逸3.机壳内右下侧设置了导流板，防止水流随转轮飞溅到转轮上方或轮叶后面造成附加损失由泄水锥和尾水管完成泄水1.通过尾水槽泄水、2.机壳使作完功的水流流畅地排至下游机壳内压力与大气压相当。机壳也用来支撑水轮机轴承。泄水部件构造特征由泄水锥和尾水管完（占1分，每小点成泄水0.5分。错答不答扣0.5分，扣完为止）其它通过座环传力（占1分，只要内容不错即可得分，错答不答扣0.5分，扣完为止）

主要由外围混凝土支撑其次次作业

1.试分析尾水管的工作原理，推导尾水管回收的能量表达式。

图1无尾水管图2有尾水管如图1所示

对于无尾水管的状况：

1-1断面单位水能E1?H1?

P??P?（1-1）0.5′

2-2断面单位水能E2A?H2????2V222g（1-2）0.5′

将式1-2代入1-1可得无尾水管水轮机转轮从水中所获得的单位能量为：EA?E1?E2A?H1?(H2??2V222g)（1-3）1′

如图2所示

对于有尾水管的状况：

2-2断面单位水能E2B?H2?P2???2V222g（1-4）0.5′

由2-2断面至5-5断面的伯努力方程

H2?P2???2V222g?P????5V522g??h2?5（1-5）0.5′

从而可得

P2P?????H2?(?2V222g??5V522g??h2?5)（1-6）0.5′

则装设尾水管水轮机转轮从水中所获得的单位能量为EB?E1?E2B?H1?(

于是可得尾水管所回收的转轮出口余能?E?EB?EA?H2?(

比较式1-6和式1-8可得

?E?

由式1-9可知，尾水管回收转轮出口水能的途径是（工作原理）：(1)使转轮出口断面压力降低，形成真空。1′

(2)回收转轮出口的能量，增大转轮的利用水头。1′

(3)以动力真空的形式回收转轮出口大部分动能，以静力真空形式回收转轮出口

高于下游水面的位能。1′

评分标准：

此题重在考察学生对尾水管工作机理及相应数学模型的认识与理解，要求完整的推导和简单明了的描述。此题总分值10分，分3项给分：

1.9式中除1-3、1-7和1-8为每式1分，其余每式0.5分；2.推导过程描述明了，规律合理给1分；

3.尾水管工作原理基本内容有三点，每点1分，错答不答不给分。

2.论述气蚀的成因、类型和防护措施。

答：(1)成因：局部压力小于气化压力。低压区产生气泡，高压区气泡溃灭，高速射流反复冲击，使金属表面产生疲乏剥蚀破坏2′

(2)类型：气蚀的基本类型有翼形气蚀、间隙气蚀、局部气蚀和空腔气蚀。翼形气蚀：一般发生在叶片后面（主要的气蚀类型，对水轮机影响最大）；间隙气蚀：水流通过某些间隙或小通道时，局部速度升高而压力降低所

产生的气蚀；

局部气蚀：过流表面某些地方凸凹不平因脱流而产生的气蚀；

空腔气蚀：偏离最优工况时，在转轮出口、尾水管进口处由于圆周分量

引起的一种非轴对称的真空涡带；4′

(3)防护措施：水轮机气蚀的防护可从水轮机制造、运行维护