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′

4) 水轮机按能量转换特征分为两类，为反击式和冲击式：

反击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.反击式水轮机按转轮区内水流相对于主轴流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流动）;

贯流式（机组在流道中间，周围过水）。

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1～25m2′

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）。

图1 混流式水轮机沿主轴剖面图6′

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

第二次作业。

1. 试分析尾水管的工作原理，推导尾水管**的能量表达式。

图1 无尾水管图2 有尾水管。

如图1所示。

对于无尾水管的情况：

1-1断面单位水能1-1） 0.5′

2-2断面单位水能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：

如图2所示。

对于有尾水管的情况：

2-2断面单位水能1-4） 0.5′

由2-2断面至5-5断面的伯努力方程。

从而可得。

则装设尾水管水轮机转轮从水中所获得的单位能量为。

于是可得尾水管所**的转轮出口余能。

比较式1-6和式1-8可得。

由式1-9可知，尾水管**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) **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**转轮出口大部分动能，以静力真空形式**转轮出口高于下游水面的位能。1′

评分标准：本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洁清晰的描述。本题满分10分，分3项给分：

1. 9式中除-7和1-8为每式1分，其余每式0.5分；

2. 推导过程描述清晰，逻辑合理给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，使金属表面产生疲劳剥蚀破坏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：一般发生在叶片背面（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、工程措施等方面着手。

设计制造：采用合理的翼型以尽可能使叶片背面压力分布均匀，并缩小低压区范围。

运行维护：拟定合理的水电站运行方式，尽可能避免在气蚀严重的工况区运行。

工程措施：选择合理的水轮机安装高程，确保叶道内最低压力不低于气化压力4′

评分标准：第一问2分，余下两问各4分，只有标题而无阐述得一半分。

3.说明水轮机允许吸出高的影响因素，以及不同机组安装高程的确定方法。

答：1、影响因素：

式中：指水轮机安装位置的大气压；指气化压力，其值与通过水轮机的水流的温度和水质有关；δ：水轮机实际运行的气蚀参数，实际应用时常写为：

或。式中 :是水轮安装位置的海拔高程，在初始计算时可取为下游平均水位的海拔高程；是模型气蚀参数，各种工况的值可从该型号水轮机的模型综合特性曲线中查取；是气蚀系数的修正值，可根据设计水头由图查取；是气蚀系数的安全系数，一般可取=1.1~1.

35；指水轮机水头，一般可取为设计水头4′

2、不同机组安装高程的确定方法：

立轴混流式：安装高程为导叶中心线位置，3-4)

是设计尾水位，m；是导叶高度，m；

立轴轴流式：安装高程为导叶中心线位置，3-5)

是转轮标称直径，m；x是轴流式水轮机的高度系数，m；

卧轴反击式水轮机：安装高程为主轴中心线位置，3-6)

水斗式水轮机：

立轴：安装高程为喷嘴中心线位置，3-7)

卧轴：安装高程为主轴中心线位置，3-8)

是最高尾水位，m6′

评分标准：第一问4分，第二问6分，公式错误和解释不详细酌情扣分。）

1、分析机组甩负荷导叶关闭工况，或机组增负荷导叶开启工况，在设上下游调压室的引水系统中会产生哪些水利过渡过程，相应机组转速变化过程如何？（请配合示意图说明）

答：机组甩负荷后会发生多种过渡过程。

机组甩负荷后会发生：导叶关闭、机组流量减小到0、机组转速上升、蜗壳压力上升、尾水管压力下降、上游调压室水位上升、下游调压室水位下降等现象3＇）

过渡过程：由一个稳定状态到另一个稳定状态的中间的非恒定过程。

水力过渡过程：

1. 压力管道水锤压力变化过程。

2. 尾水管水锤压力变化过程。

3. 调压室水位变化过程4＇）

机械过渡过程：

1. 机组转速变化过程。

2. 调速器动作过程（各示意图按顺序如下排列4＇）

评分规则：第一问在机组增负荷导叶开启工况下，其发生的现象与之相反，只需答一种工况下即可，6个图，每个1分，）

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