《水电站》作业答案及评分标准

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：

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

?5V522g??h2?5) (1-7) 1′

?2V222g??5V522g??h2?5) (1-8) 1′

P???P2? (1-9) 0.5′

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：

HS ?pa??pB???H (3-1 )

pB 式中:

pa?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：

Hs?10.0???（?m???）H900 (3-2)

或

Hs?10???K??mH900 (3-3)

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；?m是模型气蚀参数，各种工况的?m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Hr由图查取；

K?是气蚀系数的安全系数，一般可取

K?=1.1~1.35；

H指水

轮机水头，一般可取为设计水头Hr。 4′

2、不同机组安装高程的确定方法：

○1立轴混流式：安装高程为导叶中心线位置，

Zs??w?Hs?b0/2?w

(3-4) 是导叶高度，m；

是设计尾水位，m；

b0 ○2立轴轴流式：安装高程为导叶中心线位置，

Zs??w?Hs?xD1 (3-5)

D1是转轮标称直径，m；x是轴流式水轮机的高度系数，m；

○3卧轴反击式水轮机：安装高程为主轴中心线位置，

Zs??w?Hs?D1/2 (3-6)

○4水斗式水轮机：

立轴：安装高程为喷嘴中心线位置，

Zs??wm?hp (3-7)

卧轴：安装高程为主轴中心线位置，

Zs??wm?hp?D1/2 (3-8)

?wm是最高尾水位，m。 6′

（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＇）

HPHP0HS0HSZ1Z2n0na0a （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，）

2、试推倒简单管阀门在某开度下的水锤反射系数，并简要说明阀门反射系数对间接水锤类型的影响。

答：水锤的反射系数：反射波与入射波的比值：r?基本方程：

F1 f1????? v?v0??1[???] 2?式中，?和?分别表示沿正负方向传播的压力波。

对于水斗式水轮机，其喷嘴的出流规律为：???1??，当??0.5时，可近似地取

???(1??/2)。在入射波未到达的时刻，?0?0,?0??0。代入得：

v?v0??0(1??/2)??0??0?/2

依据基本方程得：

?02(???)??1(???) → ?0?(???)??(???) → 2?(1???0)??(1???0)? → r????1??? （10＇）

1???间接水锤共分为两类：第一相水锤，极限水锤。

1. 第一相水锤： 根据阀门的反射系数公式，当??0?1时，r为正，水锤波在阀门处的反射是不变号的。

2. 极限水锤：根据阀门的反射系数公式，当??0?1时，r为负，水锤波在阀门处的反射是变号的。 （4＇） （评分规则： 第一问推导过程需完整，不完整者酌情扣分）

3、请论述解决调保矛盾的主要措施及适用条件。

答：解决调保矛盾的措施：调节规律优先，工程措施最后 （2＇）

措施一：优化导叶调节规律（折线规律）。

高水头电站，导叶先慢后快关闭，对减小水锤有利，对机组转速上升不利；