《水电站建筑物》课程模拟考试试卷答案

1. 引水道式水电站
引水道式水电站：就是在河段上游筑闸或低坝（或无坝）取水，经人工引水道引水到河段下游来集中落差所建的水电站。
2. 直接水锤
直接水锤：当阀门关闭的有效时间Ts等于或小于一相时，由水库处异号反射回来的水锤波尚未到达阀门之前，阀门就已经关闭停止，这种水锤称为直接水锤。
3. 调压塔
调压井：为了有效减小引水道中的水锤压力，根据地形和地质条件，设置在地面以上的调压室，就称为调压塔。
tr=2L/am=2×400/997.5=0.802s
ρm=amV0/2gH0=997.5×4.5/2×9.81×120=1.907
σm=LV0/gH0TS=400×4.5/9.81×120×2.4=0.637
ρmτ0=1.907＞1.0，发生末相水锤。
2求ξmaxA值：
ξmaxA=（σm+（σm+4）0.5）σm/2=（0.637+（0.637+4）0.5）×0.637/2=0.875
h11——主钩最高位置（上限位置）至轨顶面距离。
（7）屋顶高程▽R：
▽R=▽C+h12(轨顶至吊车上小车高度)+h13（检修吊车时在小车上的安全距离）
+屋面大梁高度+屋面板厚度+屋面保温防水层的厚度
（8）装配场的楼板高程▽装配：
满足以下几方面的条件要求：
▽装配＝▽对外公路+0.10～0.20m
▽装配≥▽2（发电机层楼板）
（4）三峡工程的蜗壳未设弹性垫层。
得分
五、计算题：（每题10分,共20分）
1．某电站压力钢管由两段组成，上段管长L1=200m，V10=4.0m/s，水锤波传播速度a1=950m/s，下段管长L2=200m，V20=5.0m/s，a2=1050m/s。净水头H0=120m，TS=2.4s。装置冲击式水轮机，开度呈直线关闭规律。试求下列情况下的相对水锤压力最大值ξmaxA：
（1）由τ0=1，丢弃全部负荷，在管末A点处；
（2）由τ0=1，丢弃全部负荷，在上、下段管之间的C点处；
计算公式：第一相水锤τ1（1+ξ1）0.5=τ0-ξ1/2ρ，τ1=τ0+△τ，△τ=-σ/ρ
末相水锤ξm=（σ+（σ+4）0.5）σ/2
引水管道特性常数ρ=aV0/2gH0，σ=LV0/gH0TS
（3）水轮机层地面高程▽1：
▽1=▽T+r0(蜗壳进口半径)+h4（蜗壳顶板混凝土厚度）
（4）发电机装置高程▽G：
▽G=▽1+h5(机墩进人孔高度)+h6(机墩进人孔顶部厚度)
（5）发电机层楼板高程▽2：
▽2=▽G+hˊ（风罩高度），并满足以下要求：
①保证以下各层高度和设备布置及运行上的需要。
②保证下游设计洪水不淹没厂房。
▽装配＝▽下游尾水位+△h（洪水安全超高）
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三
20年秋季学期
《水电站建筑物》课程模拟考试答案
注意：1、本试卷共 3 页；2、考试时间:120 分钟
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题号
一
二
三
四
五
六
七
八
九
十
总分
得分
10
30
12
28
20
100
得分
一、判断正误：（每题1分，共10分，命题正确在括号内打“√”，命题错误在括号内打“×”）
1．对坡降很缓流量较大的平原河道，适于兴建引水式水电站，大多安装冲击式水轮机组。引水式水电站大多安装混流式或冲击式水轮发电机组。（×）
2．高压管道的水力计算包括（1）恒定流计算，主要是水头损失计算，（2）非恒定流计算，主要是调压室水位波动计算。（×）
3．调压室水位波动衰减的条件是延长水轮机导叶关闭时间TS。（×）
①决定管道内的最大内水压力，作为设计和校核压力管道、蜗壳和水轮机强度的依据；
②决定管道内最小内水压力，作为管线布置，防止压力管道中产生负压和校核尾水管内真空度的依据；
③研究水锤与机组运行的关系，如对机组转速变化的影响等。
（2）调保计算的目的：通过调节保证计算和分析，正确合理地解决导叶启闭时间、水锤压力和机组转速上升值三者之间的关系，最后选择适当的导叶启闭时间和方式，使水锤压力和转速上升值均在经济合理的范围内。
7．协调水锤压力变化和转速升高值的计算，一般统称为调保计算。 （√）
8．在高水头电站中常发生末相水锤，所以阀门关闭可以采用先慢后快的非直线关闭规律，以降低水锤压力，这时开度变化规律为一上凸曲线。（×）
9．厂房的通风、空调、采暖是解决空气温度、相对湿度、清洁度、气流速度“四度”的技术措施。 （√）
10.为了保持地下主洞室围岩的稳定，地下主厂房的纵轴线应与断层面大致平行，同时应与地应力场的最大主应力线正交。（×）
（6）验算钢管在1个大气压作用下的抗外压稳定：
3．写出托马稳定断面公式，据此说明影响波动稳定的主要因素有哪些？
答：（1）托马稳定断面公式: 或
（2）影响波动稳定的主要因素：①水电站水头；②引水系统中的糙率；③调压室位置；④调压室底部流速；⑤水轮机效率；⑥电力系统。
4．蜗壳弹性垫层的作用是什么？可否取消弹性垫层？为什么？三峡工程的蜗壳设了弹性垫层吗？
13．减少水锤压力的措施通常有：缩短压力管道的长度；延长有效关闭时间；减小压力管道中的流速；改变调速器调节程序。
14．调压室的基本结构型式包括简单圆筒式、阻抗式、双室式、溢流式、差动式、气垫式或半气垫式共六种。
15．厂区枢纽包括水电站主厂房、副厂房、引水道、尾水道、主变压器场、高压开关站、交通道路和行政及生活区建筑等组成的综合体。
解：（1）水轮机安装高程▽T：
▽T=▽下游min+HS+b0/2=▽下游min+HSˊ
HS=10.3-(σ+Δσ)H-▽/900-1(m)
(2)主厂房基础开挖高程▽F：
▽F=▽T-（h3+h2+h1）
式中，h3——表示从向下到尾水管出口顶面的距离，
h2——表示尾水管出口断面高度
h1——表示尾水管底板混凝土厚度。
6．镇墩的形式有封闭式、开敞式，支墩按其上的支座与管身相对位移的特征，有滑动式、滚动式和摇摆式支座三种形式。
7．地下埋管的施工程序包括隧洞开挖、钢衬安装、混凝土回填和灌浆等。
8．坝内埋管有倾斜式、平式和平斜式、竖直式三种典型的布置形式。
9．钢岔管按其所用加强方式或受力特点，可以采用三梁岔管、内加强月牙肋岔管 、贴边岔管、无梁岔管、球形岔管和隔壁岔管等形式。
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解：（1）由τ0=1，丢弃全部负荷，在管末A点处：
1计算参数，判别水锤类型
am=L/（L1/a1+L2/a2）=（200+200）/（200/950+200/1050）=997.5m/s
Vm=(L1V1+L2V2)/L=（200×4+200×5）/400=4.5m/s
4. 水电站厂房
水电站厂房：是一座将水能转换为电能的综合工程设施；通过水轮发电机发出的电能，经变压器、开关站等输入电网送往用户；是水工、机械、电气的综合体，是运行人员进行生产活动的场所。
得分
四、问答题:( 共4小题，每小题7分,共28分)
1．水锤计算和调节保证计算的目的是什么？
答：（1）水锤计算的目的：
2．怎样确定明钢管管壁结构厚度？
答：（1）利用锅炉公式初拟在内水压力作用下的计算壁厚： （mm）
（2）考虑锈蚀、磨损及钢板厚度误差的结构厚度： +2（mm），进位取整
（3）钢管在制造、运输与安装上的构造要求之一的壁厚： (mm)
（4）钢管在制造、运输与安装上的构造要求之二的壁厚： =6(mm)
（5）初步确定明钢管管壁的结构厚度： =max{ ， ， }
19．水电站安装场进厂大门的尺寸是由连同平板车在内运进安装间最大部件尺寸而定。
20．喷锚支护能够最大限度地利用围岩的自承能力，概括起来有以下原因：（1）及时性，（2）粘结性，（3）柔性，（4）深入性，（5）密封性，（6）灵活性。
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三、名词解释:(共4小题，每小题3分,共12分)
（6）吊车轨顶安装高程▽C：
▽C=▽2+h7+h8+h9+h10+h11
式中，h7——表示发电机定子高度和上机架高度之和（若发电机定子为埋入式布置，则h7仅为上机架的高度），
h8——表示吊运部件与固定的机组或设备间的垂直净距，
h9——表示最大吊运件的高度，
h10——表示吊运部件与钓钩间的距离（一般在1.0～1.5m左右），取决于发电机起吊方式、挂索、卡具。
3．有压进水口的主要类型有坝式、岸式、塔式共三种。
4．沉沙池的作用是为了防止已经进入进水口的悬移质泥沙中的有害颗粒进入引水道，它的工作原理是降低水流速度从而减小其挟沙能力，使泥沙在池中逐渐沉积。
5．压力钢管要求钢材具有良好的机械力学性能和工艺性能。钢材的力学性能是指屈服强度、抗拉强度、塑性指标、常规冲击韧性和断裂韧性。
得分
二、填空题:(每空0.5分,共30分)
1．水电站一般包括枢纽建筑物和__发电建筑物__两大类建筑物。发电建筑物也由引水建筑物和__发电厂房__及其附属建筑物。
2．葛洲坝水利枢纽工程主要由船闸、冲沙闸、泄洪闸、发电厂房等组成，发电厂房属于河床式，分别在二江厂房内布置14台水轮发电机组，大江厂房内布置7台水轮发电机组，共21台机组，总装机容量为2715MW。
10．水锤计算的边界条件，在水库端HP=H0，在阀门端是QP=0。
11．在进行串联管路的水锤计算时，根据相长不变的要求求得等价管路的水锤波速，根据管中的水体动能不变的要求，求得等价管路的ΣLV及其特性系数。
12．当ρτ0＜1.0时，发生首相水锤，当ρτ0＞1.5时，发生极限水锤，当1.0＜ρτ0＜1.5时，则随值的不同而发生首相水锤或末相水锤，个别情况发生直接水锤。
4．阿姆斯图兹公式与其它公式相比，其特点是对管壁失稳后屈曲形状的假定为由三个半波组成，两个半波向外，一个半波向内。（√）
5．对反击式水轮机而言，尾水管中的水锤现象与压力管道相反；导叶关闭时产生负水锤，导叶开启产生正水锤。 （√）
6．复杂管路水锤简化计算的主要构想是将其简化为一等价的简单管路求解。 （√）
答：（1）蜗壳弹性垫层的作用：传统设计的蜗壳承受内水压力，外包混凝土承受机墩与水轮机层下传荷载，设弹性垫层是为了减少蜗壳与外包混凝土之间的相互传力。
（2）可以取消弹性垫层。
（3）在浇筑蜗壳外包混凝土之前，通过冲水保压措施，使蜗壳与外包混凝土充分贴合，在混凝土浇筑成型之后，蜗壳与外包混凝土能够联合承受内外压力。
16．蜗壳按制作材料的不同，可分为金属蜗壳、砼蜗壳两种形式，金属蜗壳在过去常常设置弹性垫层，其结构计算简图可简化为一个Γ形框架。
17．水电站装配场的面积主要取决于1台机组解体大修时安放发电机转子、水轮机转轮、水轮机顶盖和发电机下机架四大件场地的要求。
18．水电站厂房的电气设备系统包括一次回路输变电设备及二次回路控制设备。
(2)由τ0=1，丢弃全部负荷，在上、下段管之间的C点处：
由于水锤呈直线分布，则有：
ξmaxC=（L1/L）ξmaxA=（200/400）×0.875=0.438
2.试写出装置竖轴混流式水轮机的主厂房各主要控制性高程的表达式。（采用数学表达式一定要用习惯性字符，非习惯性字符请配图示说明，也可以文字来表述。8个控制性高程，必须写出其中的5个即可得全分）