水电站动力设备基础知识汇总

水利水电工程动力（水机）专业

1、水轮机型号由哪几部分组成，分别描述。HL220-LJ-550表示什么意义？

答：由三部分组成，第一部分为水轮机型式和转轮型号（用比转速表示），第二部分为主轴布置形式和引水室特征，第三部分为转轮标称直径。

HL220-LJ-550表示为：混流式水轮机，转轮型号（比转速）为220，立轴、金属蜗壳，转轮直径为550cm。

2、水轮机的基本工作参数通常指那几个，说出其定义和它们之间的关系。

答：（1）水头：是指水轮机进口和出口截面处单位重量的水流能量差，单位m；（2）流量Q：是指单位时间内通过水轮机某一既定过流断面的水流体积，单位m3/s。在额定水头下，水轮机以额定转速、额定出力运行时所对应的水流量称为设计流量，它是水轮机发出额定出力时所需要的最大流量；（3）转速n：水轮机转速是水轮机在单位时间内旋转的次数，单位r/min；（4）出力P：是水轮机轴端输出的功率，单位kW；（5）效率η：水轮机的输入和输出功率之比称为水轮机的效率；

关系：P=9.81×Q×H×η

3、简述水轮机比转速与转轮出口直径和转轮出口动能的关系。

答：在水头和出力相同的条件下，比速越高，其转速也越高，转轮出口直径越小。比速越高，出口动能占水头的比重也越大，有更多的转轮出口水流剩余能量需要依靠尾水管回收。

4、分别描述混流式、轴流式和冲击式水轮机转轮标称直径（简称转轮直径）是如何规定的？

答：（1）混流式水轮机转轮标称直径是指其转轮叶片进水边的最大直径；（2）轴流式、斜流式和贯流式水轮机转轮标称直径是指与转轮叶片轴线相交处的转轮室内径；（3）冲击式水轮机转轮标称直径是指转轮与射流中心线相切处的节圆直径。

5、简述水轮机按水流方式划分的型式及其适用水头范围

答：贯流式、轴流式、斜流式、混流式和射流式。

贯流式适用于低水头，轴流式适用于中低水头，斜流式和混流式适用于中高水头，射流式适用于高水头。

6、水轮发电机结构主要有哪些部件组成？其中转子和定子又有哪些部件组成？

答：水轮发电机系由转子、定子、机架、推力轴承、导轴承、冷却器、制动器等主

要部件组成。

转子由主轴、转子支架（包括轮辐及支臂）、磁轭、磁极等组成。

定子由机座、定子铁芯和绕组等部件组成。

7、反击式水轮机有哪些主要过流部件?各自的作用是什么?

答：（1）蜗壳：引水部件，引水到导水机构，形成必要环量；（2）导水机构：导水部件，调节有功，关闭机组；（3）转轮：能量转换部件；（4）尾水管：排水部件，回收转轮出口动能。

8、简述水轮机尾水管的作用

答：一方面将转轮出口水流引向下游。另一方面由于其纵断面是扩散形流道，可以提高转轮后的真空度，降低尾水管出口流速，不仅使转轮能转换更多的水流能量，而且还减少出口水流动能损失。

9、减轻尾水管振动的措施通常有几种方法?尾水补气有那两种方式，常用那一种？

答：减轻尾水管振动的措施：（1）尾水管加导流隔板；（2）尾水管补气；

尾水管补气方式：（1）自然补气；（2）强制补气；

常用的补气方法：强制补气。

10、在计算水轮机安装高程时如何确定尾水位？尾水位的意义是什么？

答：对多台机组电站，往往按一台机满负荷时的下游水位为尾水位；对于单机运行的电站按半负荷时下游水位计算。

尾水位的意义在于：如何确定尾水位，不但与电站的运行方式（几台机同时运行），水轮机设备寿命（汽蚀问题），而且与电站工程量和造价等都有密切的关系。

11、汽蚀系数与尾水管的性能有什么关系？

答：汽蚀系数小，水轮机不易产生汽蚀，单位水管的水头损失大、回收动能少，意味着尾水管性能差；反之，汽蚀系数大，使水轮机汽蚀加重，但尾水管水头损失小，回收动能多，意味着尾水管性能好。这说明尾水管性能的好坏与水轮机的汽蚀性能是矛盾的。

12、简述发电机伞式和悬式结构及其适用条件

答：推力轴承位于转子的下方称为伞式结构，推力轴承位于转子的上方称为悬式结构。悬式结构适用于机组转速大于150转/分，伞式结构适用于机组转速小于150转/分。

13、论述水轮机选择的内容

答：水轮机选择是在动能计算拟定的水电站工作水头范围、引用流量及装机规模方案的基础上进行的。内容包括：

确定单机容量和机组台数；选定机型和装置方式；

选定水轮机的轴功率、转轮直径、同步转速、吸出高度、安装高程等基本参数；根据需要绘制水轮机运转特性曲线；

估算水轮机的外形尺寸、重量及价格。

14、什么是水轮机调节？

答：随着负荷的改变，相应改变导水机构（或喷嘴、浆叶）的开度，以使水轮发电机组的转速维持在某一额定值，或按某一预定的规律变化，这一过程就是水轮发电机组的转速的调节，或称水轮机调节。

15、水轮机调节有哪些特点？

答：水轮机调节系统与其他原动机调节系统相比有以下特点：

（1）水轮发电机组是把水能变成电能的机械。而水能要受自然条件的限制，单位水体中所带有的能量较小，与其他原动机相比，要发出相同的电功率就需要通过较大的流量，因而水轮机及其导水机构也相应较大。这就要求调速器设置多级液压放大元件，而液压放大元件的非线性及时间滞后有可能使水轮机调节系统调节品质恶化；（2）水电站受自然条件的限制，常有较长的压力引水管道。管道长，水流惯性大，导水机构开关时会在压力管道内引起水击作用。而水击作用通常是与导水机构的调节作用相反。例如，导水机构关闭使机组输入能量与输出功率减小，但此时产生的水击会在一段时间内使机组功率增加并部分抵消导水机构的调节作用，这种反调节作用将严重地影响水轮机调节系统的调节品质。另外，为了限制压力引水管道中水压最大变化值，必须限制导水机构的运动速度，这对调节系统动态特性也将产生不利影响；（3）有些水轮机具有双重调节机构，如转桨式和斜流式水轮机有导水机构和活动桨叶；水斗式水轮机有喷嘴和折向器；某些混流式水轮机装有控制水击作用的调压阀。于是调速器中需要增加一套调节和执行机构，从而增加了调速器的复杂性。另外转桨式水轮机桨叶调节比导叶慢，这又增加了水轮机出力的滞后，对水轮机调节不利；（4）随着电力系统的扩大和自动化程度的提高、要求水轮机调速器具有越来越多的自动操作和自动控制功能。如快速自动准同期、功率反馈等。这就使得水轮机调速器成为水电站中一个十分重要的综合自动装置。

总之，水轮机调节系统相对来说不易稳定，结构复杂，要求具有较强的功能。

16、水轮机功率损失主要包括哪几部分?

答：水流流经水轮机各过流部件时，因产生水头损失所引起的功率损失（简称水头损失）；水流流经水轮机各过流部件时，流量的漏损所引起的功率损失(简称容积损失)；由主轴密封、轴承的摩擦损失及不进行能量交换的转轮上冠、下环等旋转部件与周围介

质产生摩擦所消耗的功率损失 (简称机械损失) ，其中水头损失功率占水轮机总的功率损失的比例最大。

17、水轮机效率有哪几部分组成?并说明各部分的意义

答：水轮机效率包括容积效率、水力效率和机械效率。

（1）容积效率：进入水轮机的流量不可能全部进入转轮作功，其中一小部分流量会从水轮机的旋转部分与固定部分之间的环隙中漏损；（2）水力效率：单位重量水流通过水轮机的能量不可能全部转换成水轮机的输出功率，其中有小部分消耗于克服各种水力阻力而形成水头损失；（3）机械效率：水流传递给转轮的有效功率不能全部被转换为机械能输出，其中有一部分消耗在各种机械损失上。

18、什么是水轮机的飞逸转速？

答：当水轮机突然丢弃全部负荷，发电机输出功率为零时，此时如调速机构失灵或其他原因使导水机构不能关闭，则水轮机转速将迅速升高。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，转速达到某一稳定最大值。从流体力学观点来看，当从导叶出流的水流使转轮叶片所产生的升力对主轴力矩，恰与机械摩擦力矩相平衡时，转速就稳定在某一值，此时转速即为飞逸转速。

19、什么是水轮机加权平均水头？其与水轮机设计水头的关系是什么？

答：加权平均水头是考虑了各种水头可能持续的时间的平均水头。根据《小型水力发电站设计规范》（GB50071-2002）,水轮机设计水头与加权平均水头的比值应在0.85～0.95之间选择。

20、解释水轮机最大水头、最小水头、设计水头和额定水头的含义

答：最大水头：是允许水轮机运行的最大净水头；

最小水头：是保证水轮机安全、稳定运行的最小净水头

设计水头：水轮机在最高效率点运行时的净水头。

额定水头：水轮机在额定转速下，输出额定功率的最小净水头。

21、水头对水轮机的运行有什么影响？

答：（1）最高水头是水工建筑和水轮机许可运行的极限。超过这个水头，水工建筑就会有发生事故的可能，水轮机的效率就会降低，同时影响飞逸转速的倍数，关系着机组的安全；（2）设计水头是水轮机最优工作条件，在其附近运行，效率最高，汽蚀最小；（3）最低水头接近这个水头运行，效率低容易出现汽蚀，还可能引起机组振动。

22、什么是水轮机空载流量？

答：水轮机在规定的转速和净水头下无负载时的流量。该流量提供部分水流功率用

于消耗在各种机械损失上。

23、水轮机空载运行时效率为零吗？为什么？

答：为零。因为此时水轮机轴端输出功率为零，即机械效率为零。

24、比转速高的水轮机适用于低水头水电站还是高水头水电站？ 为什么？

答：适用于低水头水电站。因为适合低水头电站的机型主要为轴流式水轮机。轴流式水轮机属高比速型。冲击式和混流式水轮机属低、中比转速型。这主要取决于它们过流部件的几何形状。

25、水轮发电机出现异常振动有何危害？

答：当机组存在异常振动时，会造成机械连接件的松动或造成某些部件的有害弹性变形和塑性变形，使一些零、部件材料发生疲劳、裂纹以至断裂，也可能引起机组基础厂房构件和引水压力钢管的共振、导致机组运行参数的波动，影响机组的负荷分配及供电质量，有时会酿成严重事故，从而威胁机组的安全、稳定运行，缩短机组的使用寿命。

26、水轮发电机组振动主要有哪些原因？如何判别？

答：（1）电磁方面的原因：主要由于发电机电磁不平衡引起。常见如：转子磁极线圈层间短路；励磁回路两点接地；空气间隙不均匀；定子三相不平衡等。切除励磁电流，空载运行如振动消失，证明是电磁方面引起的震动；（2）机械方面的原因：主要有转动部分重量不平衡；主轴联结不同心；推力或导轴承调整不当；静、转部分偏磨等；（3）水力方面原因：如尾水管中涡带引起震动；机组在非工况振动区运行；止漏环间隙不均；转轮进口水力不平衡等。将机组改调相如振动消失就是水力振动，如不消失即为机械振动。

27、什么叫水轮机的水力振动？主要形式有哪些？

答：水轮机的振动，是源于各种干扰力作用的结果，由水轮机转轮或流道各部分的动水压力所引起的振动称为水力振动。主要有涡列振动，尾水管低频压力脉动，间隙压力脉动及转轮叶片的抖振与急振等。

28、水轮机的空化空蚀有哪几种类型？

答：水轮机中的空化和空蚀现象习惯上是按空化和空蚀发生的部位而定义的。通常可分为以下四种基本类型：翼型空化空蚀、间隙空化空蚀、局部空化空蚀、空腔空化。

29、空蚀的机理是什么?

答：空蚀的机理：（1）水流在低压下产生空化，空泡或空穴在高压下溃灭，产生巨大冲击压力；（2）在巨大冲击压作用下，形成机械破坏作用，电化侵蚀作用与化学侵蚀作用，造成过流面的损伤。

30、简述减轻水轮机汽蚀的措施

答：（1）设计汽蚀性能优良的叶型，保证制造质量；（2）采用抗汽蚀材料；（3）设置合理的补气装置；（4）合理地选定水轮机的安装高程；（5）严格限制超越设计范围的运行工况，及时地对水轮机进行必要的检修。

31、水轮机空化和空蚀对机组运行极为不利，列举主要表现在哪几个方面?

答：（1）破坏水轮机的过流部件；（2）降低水轮机的出力和效率；（3）空化和空蚀严重时，可能使机组产生强烈的振动、噪音及负荷波动，导致机组不能安全稳定运行；（4）缩短了机组的检修周期，增加了机组检修的复杂性。

32、吸出高度Hs越小，水轮机的安装位置越低，水轮机的抗空化空蚀性能越差吗？为什么？

答：吸出高度Hs越小，水轮机的安装位置越低，水轮机的抗空化空蚀性能不是越差而是越好。因为吸出高度Hs越小，水轮机转轮出口处的压力值越高，该处的静态真空越小，从而避免翼型汽蚀的发生。

33、水轮机甩负荷时，为保证安全，导叶关闭时间是否越短越好？为什么？

答：不是。因为关闭时间越短对降低机组转速升高有利，但对减小蜗壳压力升高越不利。因此应合理确定导叶关闭时间，即考虑机组转速升高，又兼顾蜗壳压力升高。

34、影响水轮机安装高程的因素有哪些？

答：（1）水轮机的汽蚀系数或吸出高度；（2）水电站设计水头和下游尾水位；（3）电站所在处海拔高程；（4）水轮机型式。

35、贯流式水轮机按机组布置型式主要分为几种?并简述其特点。

答：贯流式水轮机按机组布置型式可以分为：

（1）轴伸贯流式；（2）竖井贯流式；（3）灯泡贯流式；（4）全贯流式；（5）其他形式（明槽式、虹吸式）。

特点：

（1）主要适用于低水头、大流量的电站；（2）电站从进水到出水方向基本上是轴向贯通，形状简单，过流通道的水力损失减小，提高水轮机能量指标；（3）贯流式机组具有较高的过流能力和大的比转速，在水头和功率相同的情况下，贯流式水轮机直径要比轴流式小10%左右，投资较省；（4）贯流式机组结构紧凑、体积较小，与统一规格的轴流机组尺寸相比较小，可以减少厂房的建筑面积，减少电站的开挖量和混凝土量，可以节省土建投资；（5）贯流式电站一般比轴流式电站建设周期短，投资小，见效快，淹没移民较小。

36、简述轴流式水轮机的特点。

答：轴流式水轮机用于开发较低水头，较大流量的水力资源，它的比转速大于混流式水轮机，属于高比转速水轮机。在低水头条件下，轴流式水轮机与混流式相比较具有较明显的优点，当使用水头和出力相同时，轴流式水轮机由于过流能力大，可以采用较小的转轮直径和较高的转速，从而缩小了机组尺寸，降低了投资。当两者具有相同的直径并使用在同一水头时，轴流式水轮机能发出更多的功率。

37、水轮机相似首先要满足力学相似条件，两个水轮机的液流如果是力学相似，必须具备哪三个条件?

答：（1）几何相似：主要指两个水轮机过流部分几何形状与表面糙度相同，并且一切相应的线性尺寸成比例；（2）运动相似：主要指两个水轮机所形成的液流，相应点处的速度同名者相同，大小成比例，相应的夹角相等；（3）动力相似：主要指两个水轮机所形成的液流中各相应点所受的力，数量相同、名称相同且同名力方向一致，大小成比例。

38、何为水轮机的最优工况?

答：水轮机在运行过程中，由于外界条件（水头、负荷）的变化，使水轮机的水头、流量、出力等参数总是不断的随之变化，因此流道中的水流状态也是不断的改变，致使水轮机可以在不同的工况运行，其中效率最高的工况称为最优工况。在最优工况运行时，进口水流相对速度与叶片相切以及转轮出口水流呈法向，水轮机的水力损失最小。

39、为什么水轮机偏离最优工况时效率会下降?

答：偏离最优工况时，破坏了无撞击进口状态，产生撞击损失，同时，也破坏了法向出口条件，使尾水管的回复系数减小，增大了水轮机的出口损失，因而使水轮机效率下降。

40、水轮机的特性曲线有何用途？

答：因为水轮机的特性曲线是根据水轮机的各种参数和需要而绘制的具有不同形式和不同性能的曲线，通过对某一特性曲线的查看，便可以得知在某种特定条件下的有关数据或特性。在水轮机试验研究，选型设计以及水轮发电机组的安全、经济运行等方面，都要经常地应用水轮机有关特性曲线。因此，它是水轮机科研、设计和运行中不可缺少的重要工具之一。

41、水轮机综合特性曲线主要包括哪些内容?

答：包括等效率曲线、等汽蚀系数线、等导叶开度线等。这些曲线均绘制在以单位流量Q’为横坐标，单位转速n1’为纵坐标的直角坐标系内。

42、简述水轮机运转综合特性曲线的含义及组成

答：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N为纵横坐标而绘制的几组等值线。一般有等效率线、等吸出高度线、出力限制线等。

43、在综合运转特性曲线上为什么要作出5%出力限制线？

答：当水轮机到达极限出力后，随着导叶开度增大，流量也增加，但出力反而减小。这是因为此时水轮机效率下降对出力的影响超过了流量增加对出力的影响。因此要作出距极限出力5%的限制线。

44、水轮机导轴承的功用是什么？承受哪些荷载？

答：固定机组的轴线位置，承受由水轮机主轴传来的径向力和振动力。承受荷载主要来源于：（1）水轮机各通流部件的径向水力不平衡；（2）尾水管振动；（3）发电机转子磁抗力不平衡；（4）机组转动部件平衡不符合要求。

45、水轮机主轴的作用是什么？

答：主轴与转轮连成整体，构成水轮机的转动部分，将水轮机的转轮获得的传递转矩给发电机主轴，使发电机旋转。主轴承受因旋转而引起的扭应力和轴向水推力，转动部分的重量引起的拉应力（立式机组）或弯曲应力（卧式机组）。

46、水轮机主轴是怎样密封的？为什么要密封？

答：从转轮密封中漏出来的水，尽管水量很小，但仍会沿着主轴与固定部件之间的间隙进入厂房，危及其他设备正常运行。主轴密封主要是靠在转轮部件之间设置耐磨材料来堵住漏水，以达到封水的目的，所以这种密封亦称接触型密封。接触型密封引起摩擦功率损耗。对采用油润滑水导轴水轮机，主轴密封设置在此水导轴承更靠近转轮处，以免轴承进水，中小型水轮机主轴密封主要有石棉盘根填料密封，尼龙端面密封和平板橡胶密封三种形式。

47、引起水轮机导轴承进水的原因有哪些？

答：（1）轴承内冷却水管漏水；（2）立式机组顶盖止水密封漏水严重，水轮机导轴承油盆进水；（3）润滑油系统的冷却器铜管漏水；（4）新油注入轴承时未经过滤，油中带水。

48、为什么转浆式水轮机在各种工况下均能保持平稳和高效率运行？

答：对于转浆式水轮机，由于转轮叶片可以通过调速器随工况的改变而作相应的转动，使转轮经常保持近似的无撞击进口和最优出流，因而可以在相当大的水头和流量变化范围内获得很高效率，这种轮叶和导叶之间经常处于最有利配合的工况为协联工况。转浆式水轮机只有在协联工况被破坏时，效率才会明显的下降。

49、反击式水轮机轴向推力是怎样产生的？影响水推力的因素主要有哪些？

答：反击式水轮机轴向推力是水轮发电机组转动部分的重量和水流的作用力产生的。影响水推力的主要因素有：水流对转轮内腔的作用力；水流作用在转轮上冠上表面的水压力；水流作用在下环外表面的水压力以及水流作用在转轮上的浮力。

50、简述比转速、单位转速和单位流量的意义

答：比转速：水轮机在1m水头下出力1马力时所具有的水轮机转速称为比转速。

单位转速：在数值上等于直径为lm的水轮机，工作在1m水头下的转速。

单位流量：在数值上等于直径为1m的水轮机，工作在1m水头下的流量。

51、简述选择合适吸出高度的意义

答：在确定水轮机安装高程时，可以通过选择合适的吸出高度来控制转轮出口处的压力值，以防止翼型空化的严重发生。吸出高度越小，则水轮机装得越低，水轮机抗空化性能愈好，但水电站的基建投资则愈大，因此选择合理的吸出高度是水轮机装置参数优化设计和电站总体设计的技术经济的重要问题之一。

52、简述水轮机吸出高度Hs的定义，分别描述轴流式、混流式、斜流式及卧式反击式水轮机吸出高度Hs如何确定?

答：水轮机的吸出高度Hs的准确定义是从叶片背面压力最低点到下游水面的垂直距离。Hs为正值表示转轮位于下游水面以上，若为负值，则表示转轮位于下游水面之下，其绝对值常称为淹没深度。

（1）轴流式水轮机的吸出高度Hs是下游水面至转轮叶片旋转中心线的位置；（2）混流式水轮机的吸出高度Hs是下游水面至导水机构的下环平面的位置；（3）斜流式水轮机的吸出高度Hs是下游水面至转轮叶片旋转轴线与转轮室内表面交点的距离；（4）卧式反击式水轮机的吸出高度Hs是下游水面至转轮叶片最高点的距离。

53、简述水轮机模型试验的意义和任务。

答：水轮机模型试验的意义：它是水轮机技术邻域中必不可少的环节，是水轮机性能研究、设计制造及运行的重要手段；

水轮机模型试验的作用：就是用试验的方法获得水轮机的模型特性曲线，或是研究特定的过流部件的水力结构性能。

54、简述调速器的分类。

答：（1）按元件结构的不同：分为机械液压型和电气液压器两大类；（2）按调节规律：分为PI（比例-积分）和PID（比例-积分-微分）调速器等；（3）按反馈的位置：分为辅助接力器型、中间接力器型及电子调节器型；（4）按执行机构的数目：分为单调节

和双调节调速器；（5）按调速器的工作容量：分为大、中、小型。

55、简述油压装置的作用和组成。

答：水轮机调节系统的油压装置是供给调速器操作用压力油的能源设备。额定油压常采用2.5MPa、4.0 MPa，趋势是提高额定油压。油压装置由压力油罐（压力槽）、回油箱（集油槽）、油泵和补气装置等组成。

56、微机调速器有哪些优点？

答：（1）便于采用先进的调节控制技术，从而保证水轮机调节系统具有优良的静、动态特性。如不仅可实现PID，还可以实现前馈控制、预测控制和自适应控制等；（2）软件灵活性大，提高性能和增加功能主要通过软件来实现。如机组的开、停机规律的实现；并网时除测频外还有测相位功能等。（3）硬件集成度高，体积小、维护方便、可靠性高；（4）便于直接与厂级或系统级上位机相连接，实现全厂的综合控制，提高水电厂的自动化水平。

57、调速器通常都有哪些元件组成？

答：调速器通常由测量、综台、放大、执行和反馈等元件组成，机组是被调节的对象，调速器与机组构成了水轮机调节系统。机组的转速信号(被调节参数)送至测量元件，测量元件把频率信号转换为位移或电压信号，然后与给定信号综合，确定频率偏差及偏差的方向，并根据偏差情况按一定的调节规律发出调节命令。调节命令被放大后，送到执行元件去推动导水机构，反馈元件又把导叶开度变化的信息返回加法器，同时也形成必要的调节规律。调节规律可以在前向通道中形成，也可在反馈通道中形成。

58、什么是调节系统的有差静特性和无差静特性？

答：有差调节：水轮机组在调速器自动调节下，其转速与负荷的静特性具有转速随负荷的增大或减小而减小或增大的调节特性。

无差调节：水轮机组在调速器自动调节下，其转速与负荷的静特性具有转速不随负荷大小变化而变化的的调节特性。

59、调速器开度限制和转速调整机构的作用是什么？

答：开度限制机构是调速器的一个主要控制机构。它的作用是根据机组在电站中的具体情况对水轮机导水叶开度进行限制，即不允许导叶开度超过某一限制值，但在自动调节部分要求关闭导叶时，开度限制机构将允许关闭导叶。开度限制机构可用于下列情况：水头较高时，要限制导叶开度，以免机组过载；水库来水太少时，要限制机组用水、以免影响水库水量的调度计划；机组有某些缺陷，不能带大负荷时等。此外，开度限制机构还被用作开机和停机操作，由它直接给入信号控制第二级液压放大器进行导水叶的

启闭动作。

在机组并列运行时，用转速调整机构可调节机组所承担的负荷以及系统的转速（频率）。

60、简述机械液压调速器和电气液压调速器的区别。

答：机械液压调速器是用机械元件检测机组转速偏差，并按一定特性来控制液压元件操纵水轮机导水机构的调速器。电气液压调速器是用电气元件检测机组转速偏差，并按一定特性来控制液压元件操纵水轮机导水机构的调速器。

61、简述高油压水轮机调速器的特征。

答：高油压水轮机调速器的工作油压一般为10～16MPa，其工作油压远高于传统的水轮机调速器，机械液压部分由液压行业的高压液压器件构成，如油气分离的囊式蓄能器、高压齿轮泵、高压液压缸、各类液压阀及液压附件等。电气部分采用可编程控制器。

62、调节系统除了要求稳定性外，还对动态特性品质指标有哪些要求？

答：动态过程的品质主要有振幅、调节时间和振荡性三项，对于一个较好的调节动态过程，要求其振幅小，调节时间短，振荡次数也少并且衰减率大，但这几项品质指标往往可能是有矛盾的，这就需要根据调节系统的特点、要求来加以协调，一般首先要求振幅较小和调节时间较短。

63、何为调节系统的静态？何为动态？

答：系统地静态为当调节系统外扰或控制信号作用恒定不变时，调节系统稳定在平衡状态下工作，机组承担着电力系统所分配的负荷，并保持转速在额定范围。当调节系统有外扰和控制作用时，调节量和被调节量随时间而变化，调速器各元件均处于相对变化之中，经一定时间又会建立新的平衡状态，这一过程叫动态。

64、何谓调速器空载扰动调试？其主要运行参数有哪些？调试方法有几种？

答：所谓空载扰动调试，即是对已处空载稳定运行的调节系统，突然给予规定的扰动，以检测机组转速突变后随调速器自动调节而稳定在新转速下的全过程，是否符合有关标准的要求，选择不同的参数组试验，直至选择出符合有关标准要求的最佳参数组为止。

主要运行参数有：（1）永态调差系数bp；（2）缓冲时间常数Td；（3）暂态调差系数bt；（4）局部反馈强度α。

调试方法：（1）增速扰动法；（2）减速扰动法。

65、调速器带负荷试验的目的是什么？

答：（1）检查机组带负荷的情况，将机组并入电力系统逐渐带上负荷（或由单机带

水阻负荷），在各种负荷情况下，调速器、机组应稳定运转；（2）观察与分析调节系统在

带负荷运行下的过渡过程的品质；（3）选择带负荷时的最佳运行参数。

66、调节保证计算的任务是什么?

答：在电站初步选定压力水管系统的布置、尺寸及机组型号以后，通过调节保证计

算和分析，正确而合理地解决导水叶关闭时间、压力水管系统的压力上升值以及机组速

率上升值三者之间的关系，选择适当的导水叶有效关闭时间，使压力上升值和机组速率

上升值都在允许的范围以内，最终确定压力水管的尺寸，以保证压力水管、机组结构的

安全和供电质量，并使压力水管系统的设计和机组选型经济合理。

67、简述调节保证计算的步骤。

答：（1）确定基本数据：水电站型式、压力水管尺寸、水头、机组台数、水轮机流

量、出力，水轮机型号及其特性、额定转速、GD2等；（2）求出计算水头或最大水头及额

定负荷时的∑LV；（3）给定直线关闭时间Ts' ；（4）计算水击压力变化；（5）计算转速

升高或确定机组GD2；（6）在不满足要求时，重新给定Ts'，再计算。

68、简述改善大波动过渡过程的措施。

GD；（2）设置调压室；（3）装设调压阀；（4）改变导叶关闭答：（1）增加机组的2

规律（采用导叶分段关闭）；（5）加大管径或增加管壁厚度。

69、解释什么是刚性水锤和弹性水锤。

答：刚性水锤是假定液体和管壁均不可压缩，即忽略水和管壁的弹性。弹性水锤是

考虑了液体的压缩性及管壁的弹性。

70、解释发生直接水锤和间接水锤的条件。

答：当导水机构关闭（或开启）时间Ts≤水管反射时间Tr时，则发生直接水锤。

Tr为弹性波在压力水管内往返一次所经历的时间。当Ts＞Tr时，则发生间接水锤。

71、研究水电站水力过渡过程的目的是什么？

答：研究水电站水力过渡过程的主要目的在于：探明过程的物理本质；确定控制工

况下的最大压力和最小压力、调压室的最高水位和最低水位、机组转速的最大升高值以

及其他重要参数；选择有效措施改善水电站的水力过渡过程。水力过渡过程的研究，对

于水电站的安全运行更有十分重要的意义。

72、水电站过渡过程分为正常和非正常两大类，请分别描述。

答：水电站的过渡过程可分为正常的和非正常的两大类。正常的过渡过程主要有：

起动、运行机组增减负荷、停机、甩负荷、发电工况转为调相工况。非正常的过渡过程

主要有：飞逸和脱离飞逸两种。

73、水流加速时间Tw有何重要意义?

答：T w值的重要意义在于：

（1）T w愈大，表明水流惯性愈大，相应地，所引起的水锤愈大。所以，从降低水锤压力的观点来看，T w愈小愈好；（2）在某种程度上，T w可以作为是否需要设置调压室的判别参数。过去曾经认为T w＞1.5s时，就应考虑设置调压室，现在这个数值已经提高到2～4s。

74、机组加速时间Tα有何重要意义?

答：Tα值的重要意义在于：

（1）Tα反映了机组旋转体的惯性，Tα愈大，惯性愈大；（2）Tα愈大，转速变化率就愈小，从减小转速变化的观点来看，Tα愈大对调节保证愈有利。

75、什么叫抬机事故和反水锤？

答：抬机事故是指机组(主要是其转动部分)在负的轴向水推力的作用下而上抬的事故。竖轴水轮机在正常工作时，轴向水推力都是正的(指向下)，但是在过渡过程中则可能出现负的轴向水推力。反水锤伴有很大的负轴向水推力，因而常导致极其严重的并包括破坏转轮、导叶的抬机事故。此外，当轴流式水轮机在过渡过程中进入反水泵工况时，轴向水推力也是负值，如果超过转体的重量也会发生抬机事故。

反水锤的发生必须具备两个前提，一是水柱分离;二是反向水流。在水电站管道系统中发生反向水流的情况是常见的。在导叶关闭以后，上下游水道中的水流由于惯性的作用都可能作反向流动(即与正常流动方向相反)，当其受到阻碍也会产生水锤，但这种水锤压力不会很高.唯有当反向水流指向水柱分离后的空腔并使水柱弥合，从而产生类似激波性质的压力升高，这种压力峰值往往比正常压力高出几倍乃至十几倍，这种现象叫做反水锤。

76、最大水锤压力值限制一般为额定工作压力的多少倍，是出于哪两方面因素的考虑？

答：最大水锤压力值限制在水泵额定工作压力的1.3～1.5倍，主要考虑两方面因素：（1）管道系统的经济性；（2）采取适当的防护措施，最大水锤压力完全可以限制在此范围内。

77、为什么新投入运行的机组要作甩负荷试验？

答：（1）观察发电机励磁调节器在甩负荷工况下的稳定性及超调量；（2）检验调保计算的正确性，检查蜗壳最大水压上升率和机组转速上升率，以检验调速器是否能将机组拉回空载。

78、水轮机调速系统的基本任务是什么？

答：水轮机调速系统的基本任务是：使水轮发电机组稳定地以额定转速运行，在机组负荷变化或其他外扰作用下，保证机组的转速变化不超过一定的范围，并能迅速地稳定于新的工况，从而保证发电机输出的交流电频率满足用电设备的要求。水轮机调节是通过调速系统根据机组转速的变化不断地改变水轮机过流量来实现的。

79、水轮机调速系统的主要功能有哪些？

答：（1）进行机组的正常操作：机组的开停机、增减负荷；（2）保证机组的安全运行：在各种事故情况下，机组甩掉全部负荷后，调速系统应能保证机组迅速稳定在空载转速。或根据指令信号，可靠地紧急停机。在甩掉负荷或紧急停机过程中，调速器应按整定的关机速度关闭导水叶，保证机组转速升高及输水系统压力升高不超过允许值。（3）实现机组的经济运行：按要求自动分配机组间的负荷，使机组运行于高效率区；根据需要按水头或流量进行自动调节。

80、离心水泵启动前为什么要先灌水或将泵内空气抽出？

答：因为离心泵所以能吸水和压水，是依靠充满在工作叶轮中的水作回转运动时产生的离心力。如果叶轮中无水，因泵的吸入口和排出口是相通的，而空气的密度比液体的密度要小得多，这样不论叶轮怎样高速旋转，叶轮进口都不能达到较高的真空，水不会吸入泵体，故离心泵在启动前必须在泵内和吸入管中先灌满水或抽出空气后再启动。

81、水泵出口的断流方式有哪些，各用于什么出水流道？

答：断流方式主要有：拍门、止回阀、快速闸门和真空破坏阀。拍门、止回阀和快速闸门用于直管式出水流道，真空破坏阀用于虹吸式出水流道。

82、水泵出口的断流方式应符合什么要求？

答：泵站的断流方式应根据出水池水位变化幅度，泵站扬程、机组特性等因素，并结合流道出水型式选择，经技术经济比较确定。断流方式应符合下列要求：（1）运行可靠；（2）设备简单、操作灵活；（3）维护方便；（4）对机组效率影响较小。

83、泵站台数较多时，水泵并联和串联对台数、流量与扬程有何要求？

答：并联运行的水泵，其设计扬程应接近，并联运行台数不宜超过4台。同时应校核单台水泵运行时的工作点，检查是否出现超载、汽蚀和效率偏低等情况，比转速低于90的水泵，其特性曲线有驼峰出现，同样应考虑能否并联运行。串联运行的水泵，其设计流量应接近，串联运行台数不宜超过2台，并对第二级泵壳进行强度校核。

84、梯级泵站确定级间调节流量应考虑什么因素？

答：梯级泵站确定级间调节流量应考虑：

（1）进水池水位的变化幅度；（2）水泵流量的允许偏差宜为±5%；（3）汽蚀、磨损对水泵流量的影响；（4）水源含沙量对水泵流量的影响；（5）级间的调蓄能力；（6）级间渠系的输水损失。

85、用于城镇供水的低扬程轴流全调节水泵，叶片调节机构一般采用什么调节，为什么？

答：用于城镇供水的低扬程轴流全调节水泵，叶片调节机构一般采用机械调节。因为考虑到叶片调节机构在安装、检修以及运行过程中的漏油有可能污染水源，故在城市供水泵站宜采用机械操作。对于已不宜用机械操作的大型泵站，应有一套防止漏油而污染水源的措施。

86、泵站管路布置应遵循什么原则？

答：管路布置与泵站实际扬程、水泵的类型、水泵安装高程、泵房及进出水池的结构型式等因素有关。一般轴流式泵站的管路布置较为简单，主要考虑进出水流道的设计，而离心泵和混流泵的管路布置则较为复杂。管路布置时，一般应遵循下列原则： （1）管路长度尽量缩短；（2）尽量减少不必要的管路附件；（3）增大管道直径；（4）增加管道内壁光滑度。

87、离心泵的基本性能曲线有几条？每条曲线随流量而变化的关系怎样？

答：有四条，分别是流量与扬程、功率、效率、允许吸上真空高度。扬程随流量的增大而下降；功率随流量的增大而上升；效率随流量由小变大时，效率由低到高再到低；允许吸上真空高度随流量变化为一条下降曲线。

88、什么叫水泵的汽蚀余量？

答：叶轮进口前单位重量的水流所具有的超过当时温度下的汽化压力的富余能量，即为汽蚀余量。

89、简述水泵的汽蚀现象

答：水泵在运转时，由于某些原因而使泵内局部位置的压力降低到水的饱和蒸汽压力时，则水就会产生汽化。从水中离析出来的大量汽泡随着水流向前运动，到达高压区后汽泡内的汽体又重新凝结成水，在此过程中，泵内发生噪音和振动以及性能变坏等现象，同时过流部件也常被蚀坏，这种现象称为水泵的汽蚀现象。

90、轴流泵能否采用闸阀调节流量？能否关阀启动？为什么？

答：轴流泵可以采用闸阀调节流量，不能关阀启动。因为轴流泵的功率随流量减小而增加，当流量等于零时，功率达到最大值，可达额定功率的两倍左右。因此，轴流泵应开阀启动，以免动力机过载。

91、水泵性能参数都包括哪些？

答：包括流量、扬程、轴功率、效率、必需汽蚀余量或允许吸上真空高度、比转数等。

92、什么叫汽蚀余量、临界汽蚀余量和必需汽蚀余量？

答：汽蚀余量：水泵进口处单位重量水所具有的超过汽化压力的富裕能量。

临界汽蚀余量：水泵开始产生汽蚀时的汽蚀余量值。

必需汽蚀余量：为保证水泵正常工作不产生危害性汽蚀的汽蚀余量必需值。

93、什么是变速调节、变角调节和变流调节？

答：变速调节：通过改变动力机或传动设备的转速，提高或降低水泵转速，变更扬程～流量曲线，实现改变水泵工况的措施。

变角调节：通过改换轴流泵叶片安装角，变更扬程～流量曲线，实现改变水泵工况的措施。

变流调节：通过改变中、低比转数叶片泵出水管道上阀门的开度，更改扬程～流量曲线，实现改变水泵工况的措施。

94、在离心泵、轴流泵、混流泵中，水流进出叶轮的方向有何区别？

答：离心泵叶轮中的水流沿半径方向在离心力的作用被甩向叶轮出口，轴流泵叶轮中的水流是平行于泵轴而流动的，混流泵介于离心泵与轴流泵之间，其抽水原理既有离心力的作用，又有推力的作用。

95、泵站主泵选型的主要原则是什么？

答：（1）满足泵站设计流量、设计扬程及不同时期供排水的要求；（2）在平均扬程时，水泵在高效区运行，在最低和最高扬程时，机组能安全稳定运行。水泵汽蚀性能较好，电动机不过载；（3）优先选用国家推荐的系列产品和经过鉴定的产品，立足于目前国内的生产制造水平；（4）具有多种泵型可供选择时，综合分析水力性能、泵组设备造价、工程投资和运行检修等因素择优选择，条件相同时优先选用卧式离心泵。

96、泵站备用机组设置如何考虑？

答：（1）根据供水的重要性及年利用小时数，并应满足机组正常检修要求；（2）对于年利用小时数很低的泵站，可不设备用机组；（3）对于重要的城市供水泵站，工作机组3台及3台以下，应设1台备用，多于3台时，宜设2台备用；（4）对于灌溉泵站，装机3-9台，应设1台备用机组，多于9台时应有2台备用机组。

97、确定水泵最大轴功率的影响因素是什么？

答：（1）配套电动机与水泵额定转速不同时对轴功率的影响；（2）运行范围内最不

利工况对轴功率影响；（3）含沙量对轴功率的影响。

98、泵站在什么情况下设真空、充水系统？

答：泵站具有下列情况之一时宜设真空、充水系统：

（1）具有虹吸式出水流道的轴流泵站和混流泵站；（2）卧式泵叶轮淹没深度低于3/4时。

99、水泵安装高程确定时主要考虑哪些因素？

答：（1）在进水池最低运行水位时，必须满足不同工况下水泵的允许吸上真空高度或必需汽蚀余量的要求；（2）混流泵或轴流泵立式安装时，其基准面最小淹没深度应大于0.5m；（3）进水池内严禁产生有害的漩涡。

100、水泵变速调节方式有哪几种，选择调速方式考虑的主要因素是什么？

答：水泵的变速调节方式有机械调速、鼠笼型异步电动机变级调速、绕线式电动机转差功率反馈调速和变频调速等。选择调速方式时要考虑下列因素：（1）调速范围的要求；（2）调速设备的可靠性和运行的灵活性；（3）设备投资省、节能效果明显。

101、水泵比选时主要考虑哪些因素？条件相同时优先选用什么泵型？

答：（1）机组运行调度的灵活性、可靠性；（2）运行费用；（3）主机组费用、辅助设备费用；（4）土建投资；（5）主机组事故可能造成的损失；在条件相同时优先选用卧式离心泵。

102、轴流泵和混流泵的装置模型试验包括什么，为何要进行模型试验？

答：轴流泵和混流泵的装置模型包括

（1）进水流道水力模型试验；（2）出水流道水力模型试验；

因为低扬程水泵进、出水流道的水力损失对泵站装置效率影响较大，除要求提高泵段效率外，还应提高进、出水流道的效率，选择最佳的流道线型。

103、事故停泵水锤防护的主要内容包括哪几个方面？

答：（1）防止最大水锤压力对压力管道及管道附件的破坏；（2）防止压力管道内水柱断裂；（3）防止压力管道出现不允许的负压；（4）防止机组逆转造成水泵和电动机的破坏；（5）防止流道内压力波动对水泵机组的破坏。

104、梯级泵站中心修配厂，机修设备设置考虑的主要因素是什么？

答：（1）满足主机组及辅助设备的大修要求；（2）离心泵或蜗壳式混流泵叶轮车削；（3）水泵轴精车；（4）一般大件的刨削加工；（5）端面及键槽加工；（6）螺孔钻削加工；（7）叶轮补焊

105、列举泵站主厂房通风的主要方式？影响主厂房通风的主要因素是什么？

答：主厂房通风的主要方式：

（1）自然通风；（2）机械送风、自然排风；（3）自然送风、机械排风；（4）机械送风、机械排风。

影响主厂房通风的主要因素：

（1）当地气候条件；（2）主厂房型式；（3）主厂房内设备对空气参数的要求。

106、离心泵进、出水管道直径如何选择？

答：水泵进水管路比较短，其直径不宜单纯按经济流速确定，而应同时考虑以下因素：

（1）减少进水管水力损失；（2）减少泵房开挖深度；（3）改善水泵汽蚀性能；

一般进水管流速建议按1.5～2.0m/s考虑。

水泵出水管道一般都比较长，出水流速需进行技术经济比较确定，泵站服务对象也不尽相同，致使电价或运行成本差别较大，出水流速可在2.0～3.0m/s范围内选择。

107、泵站主厂房长度、宽度尺寸确定应分别考虑哪些方面？

答：泵站主厂房长度确定考虑以下方面：

（1）主机组台数；（2）机组布置型式；（3）机组间距；（4）边机组段长度；（5）安装检修间的布置；（6）满足机组吊运和泵房内部交通要求。

泵站主厂房宽度确定考虑以下方面：

（1）主机组和辅助设备布置要求；（2）电气设备布置要求； （3）进、出水流道（管道）尺寸；（4）工作通道宽度；（5）进、出水侧必需的设备吊运要求；（6）符合起吊设备的标准跨度确定。

108、离心式水泵为什么不允许倒转？

答：因为离心式水泵的叶轮是一套装的轴套，上有丝扣拧在轴上，拧的方向与轴转动方向相反，所以泵顺转时，就愈拧愈紧，如果反转就容易使轴套退出，使叶轮松动产生摩擦。此外，倒转时扬程很低，甚至打不出水。

109、离心水泵的工作原理是什么?

答：离心水泵的工作原理就是在泵内充满水的情况下，叶轮旋转使叶轮内的水也跟着旋转，叶轮内的水在离心力的作用下获得能量。叶轮槽道中的水在离心力的作用下甩向外围流进泵壳，于是叶轮中心压力降低，这个压力低于进水管内压力，水就在这个压力差作用下由吸水池流入叶轮，这样水泵就可以不断地吸水、供水了。

110、泵站出水流道应满足哪些要求？

答：（1）与水泵导叶出口相连的出水室型式应根据水泵的结构和泵站的要求确定；

（2）流道型线变化应比较均匀，当量扩散角宜取8°-12°；（3）出口流速不易大于1.5m/s，当出口装有拍门时，出口流速不宜大于2.0m/s；（4）应有合适的断流方式；（5）平直管出口宜设置检修门槽。（6）应方便施工。

111、简述水泵的有效功率和轴功率及二者之间的关系？

答：水泵有效功率是单位时间内通过泵的流体所得到的功率。水泵轴功率是原动机传给泵轴上的功率。水泵有效功率小于轴功率。轴功率减去由于机械损失、容积损失和流动损失所消耗的功率等于有效功率。

112、简述油系统在水电站中的作用？

答：（1）接受新油；（2）储备净油；（3）给设备充油；（4）向运行设备添油；（5）排除污油；（6）油的监督、取样与化验；（7）油的净化；（8）搜集处理废油。

113、油质劣化的原因是什么？

答：产生油劣化的原因主要有水分、温度、空气的影响。空气能使油氧化、增加水分和灰质等；任意将油混合使用，会使油质较快劣化；天然光线的影响，含有紫外线的光线对油的氧化起媒介作用；轴电流通过油膜能很快的使油颜色变深甚至变黑，并产生油泥沉淀物。

114、油、水、气管路系统中常用的有哪些执行元件？

答：为了达到自动控制的目的，在油、水、气的管路上必须装设以电磁操作的或液压操作的自动阀门，这些阀门称执行元件，常用的有电磁阀、电磁空气阀、电磁配压阀和液压操作阀。

115、机组在运行中轴承油位升高，油色变混，这是什么原因？应如何处理？

答：机组在运行中轴承油面突然升高，油色变混，一般是冷却器漏水造成，处理时将轴承打开，拆出油冷却器进行耐压试验，试验压力为正常工作压力的1.25倍，找出渗漏点加以修复后再装入轴承，换清洁油。

116、什么叫液压传动？其特点是什么？

答：在密封容器内，利用受压液体传递压力能，再通过执行机构把压力能转换成机械能而做的传动方式。其特点：（1）液压传动本质上是一种以液体作为传动介质的能量转换装置。（2）液压传动是利用液体在密封容器系统中受压而产生的静压力来传递工作的，所以属于静压传动。（3）密封容器体积必须发生变化，所以液压传动又叫容积式液压传动。

117、简述进水阀的作用和主要结构型式

答：作用：（1）岔管引水时，为机组检修提供安全的工作条件；（2）停机时减少机

组漏水量和缩短重启动的时间；（3）防止机组飞逸事故的扩大。

型式主要有：蝴蝶阀、球阀和闸阀。

118、水电站的供水包括几部分？其中技术供水的作用是什么？技术供水有哪几种方式？

答：包括技术供水、消防供水和生活供水。

技术供水的作用：对运行的主机及辅助设备进行冷却和润滑。

技术供水方式主要有：自流供水、水泵供水和混合供水。

119、水电站的排水系统分为几类？

答：水电站的排水可分为生产用水排水、渗漏排水和检修排水三大类。生产用水排水主要为发电机空气冷却器、各轴承冷却器排水，排水一般入尾水。渗漏排水主要为水轮机顶盖排水、水泵等设备管路漏水，厂房渗漏水等，排水一般入集水井，然后由水泵排出。检修排水主要在检修时排出蜗壳和尾水管内的积水。

120、水电站技术供水方式因电站水头范围不同而不同。水电站水头在15～80m采用什么供水方式？水电站水头高于80m或小于15m采用什么供水方式？

答：水头在15～80m一般采用自流供水，当水电站水头高于80m或小于15m时，一般采用水泵供水方式。

121、水电站技术供水对象有哪些？用水设备对技术供水有哪几方面的要求？

答：水电站技术供水对象主要为发电机空气冷却器、发电机推力轴承及导轴承油冷却器、变压器的冷却、油压装置集油槽油冷却器、水轮机导轴承的润滑和冷却等。各种用水设备对技术供水的水量、水温、水压和水质均有一定的要求。

122、水电站技术供水和排水自动化要求的主要内容是什么？

答：（1）实现技术供水和排水系统自动化；（2）对技术供水系统的水压、水温、水量、水流和水位进行自动监测；（3）对排水系统水量、水流和水位进行自动监测；（4）对技术供水和排水系统的安全运行提供保护、报警信号。

123、水电站要排除的水包括哪些方面？

答：（1）排除发电机中各种冷却器的冷却水、油压装置中的冷却水等；（2）机组和厂房水下部分的检修排水；（3）各种渗漏排水，如水轮机顶盖的漏水，气水分离器及贮气罐的排水，蜗壳、尾水管道入孔及厂房其它低洼坑的积水，蝴蝶阀廊道的积水，压力钢管伸缩节的漏水，厂房水下土建部分的渗漏水。

124、水电站空气压缩系统自动化要求的主要内容是什么？

答：（1）工作和备用空压机应能自动投入和切除；（2）高压储气罐及配气网压力不