水轮机模拟试卷答案

1.反击式水轮机有哪些过流部件？并回答每个过流部件的主要功能. ⑴引水部件（引水室）：引导并集中水流流入转轮的部件。⑵导水机构：使流入转轮的水流 具有所需要的速度方向和大小的导向部件。⑶工作部件(转轮)：把引入转轮的水流的水能转 换为转动刚体机械能的能量部件。⑷尾水管：将转轮流出的水流引向下游，并利用其余能的 泄水部件。[座环：用来承受水力发电机组的轴向载荷，并把载荷传递给混凝土基础；主轴： 将水轮机转轮的机械能传递给发电机；轴承：承受水轮机轴上的载荷（径向力和轴向力）并 传给基础] 2.为什么要进行水轮机模型试验？并说明进行水轮机能量试验时，其测量的主要参数和方法。 水轮机原型试验需要巨额费用，甚至有时候无法进行。模型试验运转规模小，试验方便，变 动工况容易，可以在较短的时间内测出水轮机的全面特性。参数：水头 H，流量 Q，功率 P， 转速 n。 3.简述水轮机抗空化的措施。 （1）正确进行水轮机转轮的设计，减少水轮机气蚀系数；（2）提高制造质量，保证叶片的 几何形状和相对位置正确，注意表面平滑光洁；（3）采用抗气蚀材料，减轻气蚀破坏；（4） 正确确定水轮机的安装高程；（5）改善运行条件，不使水轮机长期在低水头和低负荷下运行； （6）及时检修，并注意修补焊接的打磨质量，避免气蚀破坏的恶性发展 [改善水轮机的水 力设计、提高加工工艺水平，采用抗蚀材料、改善运行条件并采用适当的运行措施] 4.灯泡贯流式机组与立式机组有何区别，相比较其优点是什么？ 主轴为卧轴式，无引水蜗壳，水在流道内沿轴向运动不拐弯，提高了过流能力和水力效率， 结构紧凑，稳定性好 5.简述轴流式水轮机的特点，并分析说明这种类型的水轮机为什么不能适应高水头？ 水流在导叶与转轮之间由径向转变为轴向流动，在转轮区内保持轴向，叶片轴线与水轮机轴 线垂直。高水头时轴流式水轮机转轮由于叶片较少，叶片单位面积承受压差大，且叶片呈悬 臂形式，强度条件较差，故不适应
为提高水斗式水轮机的比转速，常采用提高水头高度、增加喷嘴个数、
、 增加射流直径
途径来实现。
以 n11，Q11 为纵、横坐标轴的特性曲线称为模型综合特性曲线，以 H,P 为纵、横坐标轴
的特性曲线称为运转综合特性曲线。
混流式转轮按制造加工方法的不同可分为 、 和 三种。
冲击式水轮机喷管型式主要有 水斗式 和 斜击式 两种。
转速很高，空化系数增加，空化空蚀性能下降，所以在一定的水头段只能采用对应合适比转
速下，如何调节水轮机的流量？当流量改变时，HL 式水轮
机转轮进出口速度三角形将发生什么变化？（以流量增加情况为例）。
改变导水叶的高度 ，改变导叶液流出角 ，改变 角。 变化：轴面速度增加， 变大
在冲击式水轮机中，以工作射流与转轮相对位置及射流做功次数的不同，可分为切击式水轮 机、斜击式水轮机 和 双击式水轮机三种。 水轮机模型试验按目的可分为 能量试验、空化试验、飞速特性试验、导叶水力矩 和 转轮 叶片水力矩特性试验等。 水轮机的气蚀包括 空化 和 空蚀 两个过程。 大中型轴流式水轮机的引水部件由 蜗壳 和 座环 组成。 冲击式水轮机的喷管主要由 喷嘴、喷针 和 喷嘴管组成 水轮机的线性特性曲线可用 工作特性曲线、转速特性曲线 和 水头特性曲线三种不同形式 表示。 水轮机的空化和空蚀可分为翼型空化和空蚀、间隙空化和空蚀、局部空化和空蚀和 空腔空 化和空蚀四种类型。 在反击式模型水轮机能量试验中，试验的主要目的是确定 水轮机的能量特性，主要测量的 参数有 水头 H、流量 Q、转速 n 和 功率 P 的测量； 混流式水轮机的转轮由 上冠、下环、叶片 组成。 混流式水轮机引水室包括开敞式、罐式、蜗壳式。 抽水蓄能电站使用的水轮机将 水泵 和 水轮机 合而为一 反击式水轮机一般分为 混流式、轴流式、斜流式、贯流式 四种；混流式水轮机一般由 引 水部件、座环、导水机构、转轮 和 尾水管等组成；XLN220—LJ—300 的含义是转轮型号为 220 的斜流可逆式水泵水轮机，立轴，金属蜗壳，转轮标称直径是 300cm。 衡量水轮机性能好坏有两个重要参数，一个是 效率，另一个是 空化系数。
水轮机的基本工作参数主要有 水头 H 、流量 Q 、出力 P、效率 η 和转速 n。
空蚀对金属材料表面的侵蚀破坏有 机械作用、化学作用 和 电化作用三种。
混流式水轮机转轮基本上由 上冠、下环、叶片、上下止漏装置、泄水锥 和 减压装置组成
水轮机蜗壳可分为 金属蜗壳 和 混凝土蜗壳两种。
两个水轮机的液流力学相似的三个条件：几何相似、运动相似 和 动力相似。
在反击式水轮机中，混流式 水轮机的应用水头范围最为广泛，贯流式 水轮机应用水头较低，
常用于潮汐电站
水斗式水轮机的过流部件有 喷嘴、喷针、转轮、折向器 和 机壳。
水轮机牌号 XLN200-LJ-300 表示转轮型号为 200 的斜流可逆式水泵水轮机，立轴，金属蜗
壳，转轮直径为 300CM
金属蜗壳按其制造方法有 焊接、铸焊 和 铸造 三种类型。
为定值时，水轮机的单位流量随单位转速的改变而发生变化的特性；等空化系数线表示水轮
机在不同工况下而空化系数为同一数值。混流式水轮机模型综合特性曲线上通常标有 5%的
出力限制线，它是在某单位转速下水轮机的出力达到最大出力的 95%时各工况点的连线。
8.为什么在一定的水头段只能采用对应合适比转速的水轮机
比转速越高能量特性越好，在一定水头段，如果所选比转速很低，则水轮机效率很低，若比
10.根据水斗式水轮机单位流量和单位转速的公式，分析说明水斗式水轮机为何单位流量变
化范围很大而单位转速变化范围较小。
等效率线扁平，对水头敏感，对流量不敏感，对功率变化迟钝。
11.设计转轮时常使高比速转轮出口略带环量，这是为什么？低比速转轮可否同样处理？为
什么？
水流有微小正环量而旋转时所产生的离心力将阻止和减少水流在边壁的脱流现象，提高尾水
轮机在相似工况下运行时，其各工作参数（如水头 H、流量 Q、转速 n 等）之间的固定关系 称为水轮机的相似定律。 水轮机的无撞击进口和法向出口：无撞击进口指转轮进口水流相对速度方向与转轮进口叶片 骨线切线方向一致的工况条件;法向出口指转轮出口水流绝对速度的方向是法向的 即出口 水流绝对速度的圆周分量 v2u=0 空化、空蚀现象:空化：液体内局部压强降低到液体的饱和蒸汽压时，液体内部或液固交界面 上出现的蒸汽或气体空泡的形成、发展和溃灭过程；空蚀：液体中运动物体受空化冲击后， 表面出现的变形和材料剥蚀现象。 反击式水轮机的单位转速：反击式水轮机转轮（叶轮）公称直径为 1m，在 1m 水头（扬程） 下的实际转速 水轮机工作水头：水轮机进口和出口断面水体单位能量（势能、压能和动能的总和）之差 水轮机运转综合特性曲线：水轮机的运转综合特性曲线是在转轮直径 D1 和转速 n 为常数 时，以水头 H、出力 P 和纵、横坐标作出的 η=f(P,H)等效率线、出力限制线和等吸出高度 Hs=f(P,H)曲线 水轮机比转速 ns：取各种类型的水轮机，将它们做成一定的尺寸，使之在 1m 的水头下运 转，恰好能发出 1kW 的功率（对应的效率要为最佳值），此时水轮机的转速称为比转速。 水轮机的基本方程式： 水轮机的空化系数σ：表征水轮机空化条件的无量纲系数，是动力真空的相对值，与水轮机 工作轮翼型的几何形态，水轮机工况和尾水管性能有关。
运行等方面的要求，拟定并向制造厂提出制造任务书；（7）对电站建成后水轮机的运行、维
护提出建议。
7.作出混流式水轮机模型综合特性曲线示意图，说明各曲线的含义
图 P121.同一等效率线上各点的效率均等于某常数，说明等效率线上各点尽管工况不同，但
水轮机的诸损失之和相等，因此水轮机具有相等的效率；等开度线表示模型水轮机导叶开度
6.试说明水轮机选择设计的内容
（1）确定单机容量及机组台数；（2）选定机型与装置方式；（3）选定水轮机的功率、转轮
直径、同步转速、吸出高度及安装高程、轴向水推力、飞逸转速等基本参数。对于冲击式水
轮机，还包括确定射流直径，喷嘴数等。（4）绘制水轮机运转综合特性曲线（5）估算水轮
机的外形尺寸、重量和价格；（6）根据选定的水轮机型式和参数，结合水轮机在结构、材质、
水轮机效率：水轮机出力与水流出力之比 混流式水轮机标称直径（并画图表示）：叶片进口边的最大直径 P18 页 水泵的基本方程： 真空破坏阀：一种安全阀，用于容器或管道中，在管道或容器因系统运行或停止而产生负压 或真空逐步升高时会自动开启，破坏真空效应。 轴流转桨式水轮机的协联工况：在不同工况下，自动调速器在调节导叶开度的同时亦能调节 转轮叶片转角，使水轮机仍能达到或接近于无撞击进口和法向出口的最优工况 反击式水轮机的反击度：[(u21-u22)/2g-(w21-w22)/2g]/H 表示压能所占总水头的比重 飞逸转速：水轮发电机在运行中因机组故障等突然甩去负荷，发电机输出功率为零，此时如 水轮机调速机构失灵或其他原因使导水机构不能关闭，则水轮机转速迅速升高。当输入的水 流能量与转速升高时产生的机械摩擦损失能量相平衡时，转速达到某一稳定的最大值，这个 转速称为水轮机的飞逸转速。 水轮机蜗壳包角：蜗壳自鼻端至进口断面所包围的角度成为蜗壳的包角 GZ440-WP-750：转轮型号为 440 的贯流转桨式水轮机，卧轴，灯泡式引水，转轮直径为 750CM 单位流量：转轮（叶轮）公称直径为 1m，在 1m 水头（扬程）下的水力机械过流量 轴流式水轮机的标称直径（图示）：转轮叶片轴线与转轮室相交处的转轮室直径 水轮机的最优工况：水轮机效率达到最高值时的运行工况（无撞击进口、法向出口） 叶片泵的基本方程：同泵的基本方程 水轮机模型综合特性曲线：以模型试验结果为基础,用单位流量、单位转速、或单位出力等参 数为坐标所绘制出的水轮机各项特性的曲线 混流式水轮机吸出高度 Hs（并画图表示）：下游水面至导水机构的下环平面的距离（P61） 水轮机的相似定律：同一系列水轮机保持运动相似的工况状况简称为水轮机的相似工况，水
混流式水轮机比转速越高，转轮叶片数越少 X 混流式水轮机在部分负荷时尾水管内压力脉动比满负荷时尾水管内压力脉动大√ 轴流转桨式水轮机的最大出力主要受空化条件的限制，因此在模型综合特性曲线上不作出力 限制线 √ 对于反击式水轮机，高比转速水轮机在偏离最优工况时效率下降比低比转速水轮机慢 √ 水轮机工况相似，则水轮机比转速必然相等，反之，亦然 × 水轮机的装置空化系数越大，水轮机越不容易发生汽蚀 × ZZ 式水轮机保持协联关系时的单位飞逸转速较不保持协联关系时的单位飞逸转速大 × 水轮机的比转速越大，导叶的相对高度越小 × 吸出高度 Hs 越小，水轮机的安装位置越低，水轮机的抗汽蚀性能越差 X 低比转速混流式转轮有 D1>D2，高比转速混流式转轮有 D1 小于 D2 √ 高比转速水轮机导水机构中的相对水力损失比低比转速水轮机导水机构中的相对水力损失 大√ 同一个系列的水轮机，它们限制工况点的比转速 Ns 相同 √ 低比转速 Ns 的混流式水轮机转轮流道狭窄，用一元理论设计比较合理 √ 水轮机的相似条件是：除几何相似外，还要同时满足动力相似，因此在水轮机模型试验时， 必须满足原模型水轮机的 Sh，Re，Fr，Er 四个相似准则数相同× 混流式水轮机转轮内的水流轴面流线是近似与水轮机轴线保持平行的直线× 两台水轮机工况相似的充要条件是：两台水轮机的过流部分形状相似，几何尺寸成比例× 由于尾水管能够使水轮机转轮出口处水流能量有所降低，故尾水管能创造能量× 在同样水头条件下，轴流式水轮机比混流式水轮机具有更小的吸出高度 √ 冲水轮机比转速越高，其应用水头越低击式水轮机工作轮在与水流进行能量交换时，仅接受 了水流的动能 √ 水轮机比转速越高，其应用水头越低 √ 轴流式水轮机导叶相对高度（b0/D1）随水头的提高而增大 ×