水轮机作业

第1章

概论

（一） 单项选择题

1．水轮机的工作水头是（ ）。

（A）水电站上、下游水位差

（B）水轮机进口断面和出口断面单位重量水流的能量差 2．水轮机的效率是（ ）。

（A）水轮发电机出力与水流出力之比 （B）水轮机出力与水流出力之比 3．反击式水轮机是靠（ ）做功的。

（A）水流的动能 （B）水流的动能与势能 4. 冲击式水轮机转轮是（ ）。

（A）整周进水的 （B）部分圆周进水的 5．喷嘴是（ ）水轮机的部件。

（A）反击式 （B）冲击式 （二）填空题

1．水电站中通过 把水能转变成旋转机械能，再通过 把旋转机械能转变成电能。 2．水轮机分为 和 两大类。 3．轴流式水轮机分为 和 两种。

4．水轮机主轴的布置形式有 和 两种。 5．冲击式水轮机有 、 和 三种。

（三）计算题 1．某水轮机的水头为18.6m，流量为1130m3/s，水轮机的出力为180MW，若发电机效率?g求水轮机的效率和机组的出力Pg。 2．某水轮机蜗壳进口压力表的读数为650?10Pa3?0.97，

，压力表中心高程为887m，压力表所在钢管内径D

?92%= 6.0m，电站下游水位为884m，水轮机流量Q = 290 m3/s，若水轮机的效率?作水头与出力。

，求水轮机的工

第2章 水轮机的工作原理

（一） 单项选择题

1．水轮机中水流的绝对速度在轴面上的投影是（ ）。

（A）轴向分量vz （B）轴面分量vm

2．水轮机中水流的轴面分量vm与相对速度的轴面分量wm（ ）。

（A）相等 （B）不相等

3．水轮机输出有效功率的必要条件是（ ）。

（A）进口环量必须大于0 （B）进口环量必须大于出口环量 4．无撞击进口是指水流的（ ）与叶片进口骨线的切线方向一致。

（A）绝对速度 （B）相对速度 5．法向出口是指（ ）。

（A）出口水流的绝对速度是轴向的 （B）出口水流的绝对速度与圆周方向垂直 （二）填空题

1．水轮机转轮中的水流运动是 和 的合成。

2．水轮机轴面上所观察到的水流速度分量是 和 。

·1·

3．转轮中水流质点的绝对速度v可分解为 和 。

4．绘制转轮进口速度三角形需 、 和 三个参数。 5．绘制转轮进口速度三角形需 、 和 三个参数。

（三）简答题

1． 水轮机基本方程式的物理意义是什么？ 2． 什么是水轮机的最优工况？

3． 偏离最优工况时水轮机效率下降的原因是什么？ （四）计算题

1．某混流式水轮机的参数为：D1若水轮机的水力效率?h?95%?1m，b0?0.1m，Q?16m3s，H = 256m，n = 1000r/min，

，试按法向出口条件计算进口速度三角形的参数v1,vm1,vu1,w1与?1，

并绘出进口速度三角形。

＊解题指导：参考例2－5

（1）法向出口条件下水轮机的基本方程式为：H?h?1gu1vu1，由此得vu1?Hg?hu1，由此式可求vu1。

（2）b0?0.1m?0.1D1的水轮机属低比转速水轮机，转轮进口断面面积F1可求出vm1。 （3）由u,vu1与vm1三个参数可绘出进口速度三角形。

2．某轴流式水轮机的参数为：D1假定水力效率?h?0.94?6.0m??b0D1，在给出流量Q时，

，dh?0.4D1，Q?160m3s，H?18mn?107.1rmin，

，在D?5m圆柱面上，按无撞击进口与法向出口条件计算转轮进、出口速度

三角形参数，并绘出进、出口速度三角形。

第3章 水轮机的相似原理

（一）填空题

1．水轮机相似应符合的条件为 、 和 。 2．水轮机工况相似的判据是 和 分别相等。 3．水轮机的比转速越高，其空化系数越 。 4．轴流转浆式水轮机的效率修正值与 有关。 5．水轮机的比转速越高，其应用水头越 。

6．水轮机比转速的常用单位制是 和 。 （二）判断题（对：√，错：×）

1．只有几何相似的水轮机才有可能工况相似。（ ） 2．效率相等的水轮机工况一定是相似工况。（ ） 3．水轮机的比转速相等时，其工况一定相似。（ ） 4．水轮机的n11和Q11分别相等时，其比转速一定相等。（ ） 5．同一水轮机在工况相似条件下，其转速与水头成正比。（ ） 6．同一水轮机在工况相似条件下，其流量与水头成正比。（ ） （三）简答题

1．什么是水轮机的几何相似与运动相似？

2．分别写出水轮机单位参数n11和Q11的一次近似式与二次近似式。

3．相似换算时，对水轮机效率进行修正的原因是什么？ （四）计算题

1．试用相似判据判断两水轮机是否工况相似。已知两同系列的水轮机A、B的参数分别为：

D1A?5.2m,nA?150rmin,HA?100m,QA?200m3s,?A?0.9；

·2·

D1B?1.2m,nB?300rmin,HB?21.5m,QB?5m3s,?B?0.89，

32．水轮机HL220－LJ－550的工作参数为：H?49m,n?88.2rmin,Q?240ms,P?110MW，

后大坝加高，水头H增至64m，求相似工况下同一水轮机的转速n?、流量Q?与出力P?。 ＊解题指导：转速、流量与出力均可用一次相似公式计算。

第3章 水轮机空化

（一）单项选择题

1．水轮机的空化系数?是水轮机（ ）的相对值。 （A）动态真空 （B）静态真空

2．水轮机的空化系数与水轮机的（ ）有关。 （A）安装高程 （B）工况

3．尾水管补气的主要目的是（ ）。

（A）消除和减轻尾水管的空腔空化 （B）消除和减轻转轮叶片的空化 4．空蚀发生时过流表面的损坏特征是（ ）。

（A）表面组织呈蜂窝状 （B）表面组织呈沟槽状 5．防止翼型空化的条件是（ ）。

（A）实际吸出高度大于允许吸出高度 （B）实际吸出高度小于允许吸出高度 （二）说明下列术语

1．空化; 2．空蚀; 3．翼型空化; 4．吸出高度; 5．空化核 （三）计算题

1．某电站安装ZZ560－LH－330水轮机，设计水头Hr?19.5m，水轮机的空化系数?用修正），电站海拔高程E?600m，求此水头下水轮机的允许吸出高度Hs。

?0.5（不

2．已知某电站安装的水轮机为HL200－LJ－550，在某工况下模型空化系数??0.1，水轮机工作水头H?100m，导叶高度b0?0.2D1，水轮机安装高程??270m，尾水位?w?300m,取安全系数

K?1.2，试判断此工况下水轮机是否产生翼型空化。 ＊解题指导

根据水轮机安装高程与尾水位求出水轮机的吸出高度Hs，再根据装置空化系数?p求出对应的

?p，并求出水轮机的原型空化系数?，最后二者相比，判断空化是否发生。

第5章 混流式水轮机

（一）单项选择题

1．金属蜗壳的断面为（ ）。 （A）圆形和椭圆形 （B）梯形

2．包角越大，蜗壳中的水流越（ ）。 （A）均匀 （B）不均匀

3．导水机构调节流量的实质是（ ）。

（A）改变导叶出口面积 （B）改变导叶出口水流角度 4．可以增大水流环量的导叶是（ ）。 （A）正曲率导叶 （B）负曲率导叶

·3·

5．直锥形尾水管的恢复系数比弯肘形尾水管的恢复系数（ ）。 （A）大 （B）小 （二）说明下述基本概念

1．蜗壳包角; 2．导叶开度; 3．导叶相对开度; 4．尾水管恢复系数; 5．尾水管相对损失 （三）简答题

1．混流式水轮机的引水室有几种型式？各适用于什么类型的水电站？ 2．导式机构的作用是什么？水轮机流量调节有哪几种方式。 3．尾水管的作用是什么？其工作原理是什么？ （四）计算题

1．某水电站的导叶相对开度b0轮机水力效率?h?95%?0.25，水轮机的单位参数：n11?70r/min，Q11?1.1m/s3，水

，求该工况下导叶出口水流角?0=？

?n11Q1160?hg＊解题指导：应用公式b0tg?0

?24D12．某模型水轮机的参数为：Z0M?20，D1M?250mm，?0M?22mm，若原型水轮机Z0?5.0m，求原型水轮机在与模型水轮机相似工况时的导叶开度?0。 ＊解题指导：应用原型水轮机开度换算公式。

，

第6章 轴流式水轮机

（一）单项选择题

1． 轴流式水轮机的过流能力比混流式大（ ）。 A．大 ； B．小 2．一般情况下轴流式水轮机的叶片数比混流式（ ）。 A．多； B．少 ３．轴流式水轮机的导水机构高度bo一般为( )。 A． (0.1~0.35)b1 ； B．(0.35~0.45)b1 4． 轴流式水轮机一般采用（ ）。 A．负曲率导叶；B．正曲率或对称形导叶 ５．混凝土蜗壳的包角一般为（ ）。 A．180~270度； B．270~345度 二．叙述下列基本概念

1．协联关系; 2．圆柱层无关性假设; 3．转轮进口环量 三．简答题

1． 与混凝土蜗壳相连接的座环的固定导叶的数目与形状有何特点？ 2． 为什么轴流式水轮机采用略带正环量出口？ 3． 为什么轴流转桨式水轮机有较宽广的高效区？ 四．计算题

1． 某轴流式水轮机叶片数为6片，转轮直径D1=5m，水头H=20m，试计算水轮机的轴向水推力Tz=？ 2． 某轴流式水轮机的总流量Q=850m3/S，蜗壳包角为180度，计算蜗壳进口断面的流量Qo=？若进

口断面的平均流速取为4.5m/s，蜗壳进口断面的面积应为多少？

第9章 水轮机的特性曲线

（一）单项选择题

1．水轮机模型综合特性曲线以（ ）作为坐标参数。 （A）单位转速与单位流量 （B）水头与出力

2．水轮机运转综合特性曲线以（ ）作为坐标参数。 （A）n11和Q11 （B）H和P

3．等叶片转角线是（ ）水轮机模型综合曲线的组成部分。 （A）轴流转浆式 （B）混流式

·4·

4．转浆式水轮机协联保持时的飞逸转速比协联破坏时（ ）。 （A）高 （B）低

5．低比转速混流式水轮机的流量随转速的升高而（ ）。 （A）增大 （B）减小 （二）简答题

1．转浆式水轮机模型综合曲线由哪几种曲线所构成？ 2．出力限制线的意义何在？

3．不同比转速水轮机的等开度线有何不同？绘简图说明。 （三）计算题

1．混流式水轮机HL160－LJ－520的参数为Hmax?150m,Hr?120m,n型导叶开度a0M?24mm，求水轮机的最高飞逸转速nR? ？

?150rmin，设计工况模

＊解题指导：①根据模型导叶开度，查飞逸特性曲线（见附图1－1～1－15）找出单位飞逸转速n11R，用最高水头计算出对应飞逸转速nR1；②在飞逸特性曲线

2．某混流式水轮机HL240－LJ－410的参数为：Hmax?45m,Hr?39m,Hmin?26m，水轮机的额定转速n?107.1rmin，求水轮机各水头下的最大出力。

＊解题指导：首先计算出各水头对应当单位转速n，在HL240模型综合特性曲线上查出各n与出

1111力限制线交点处的Q11,?M，再将各?M换算成?，?P?9.81D1H21.5??M???（

??取

2%）；最后由公式

Q11?计算出各点出力，即各水头下的最大出力。

第9章 水轮机的选型设计

（一）判断题

1．在同样水头与压力条件下,冲击式水轮机的尺寸比混流式大。（ ） 2．计算水轮机转速直径时应使用额定水头。（ ） 3．计算水轮机额定转速时应使用额定水头。（ ）

4．水轮机的最大容许吸出高度应选择各水头下吸出高度的最大值。（ ） 5．水头变幅较大的低水头水电站应选择轴流转桨式水轮机。（ ） （二）简答题

1．水轮机选型的基本内容有哪些？

2．比转速高的水轮机为什么不适用于高水头？

3．选型计算中如何确定水轮机的单位转速与单位流量？（以混合式和转桨式为例说明） （三）计算题

1．某水电站Hmax=150m，Hr=120m，Hav=130m，Hmin=90m，单机水轮机出力220MW，电站选用HL160型水轮机。使用模型综合特性曲性计算水轮机的转轮直径D1，转速n和过流量Q。

＊解题指导：参考教材第九章第九节水轮机选型算例，查HL160模型综合特性曲线确定n11，Q11等参数。

2．某水电站装置HL220-LJ-550水轮机。水轮机的参数为：Hmax=55m，Hr=48m，Hmin=40m，n?88.2r/min，水电站尾水位高程?尾=450m，试计算水轮机的最大容许吸出高程Hs。

＊解题指导：根据各水头与转速计算对应的单位转速，查HL220模型综合特性曲线，找出个单位转速与压力限值点的交点，确定各交点?M值，将?M修正为原型空化系数?，再用吸出高计算式计算出各水头对应的Hs值，取其中最小者作为水轮机的最大容许吸出高度。上查出最大飞逸转速n11max，用设计水头计算出对应的飞逸转速nR2；③在nR1与nR2

中取最大者作为水轮机最高飞逸转速nR。

·5·