長沙理工大學水力機械考試題庫

長沙理工大學水力機械考試題庫長沙理工大學水力機械考試題庫長沙理工大學水力機械考試題庫xxx公司長沙理工大學水力機械考試題庫文件編號：文件日期：修訂次數(shù)：第1.0次更改批準審核制定方案設計，管理制度第一章1、水輪機根據(jù)能量轉換特征分為哪幾類反擊式水輪機及沖擊式水輪機又是如何分類的答：完全利用水流動能工作的水輪機稱為沖擊式水輪機；同時利用水流動能和勢能工作的水輪機稱為反擊式水輪機。反擊式水輪機按轉輪區(qū)水流相對于主軸的方向不同又可分為混流式、軸流式（軸流定漿式和軸流轉漿式）、斜流式和貫流式水輪機（全貫流式和半貫流式，其中半貫流式又細化為燈泡式、軸伸式和貫流式）；沖擊式水輪機按射流沖擊轉輪的方式不同又可分為水斗式、斜擊式和雙擊式三種。2、試說明各型水輪機的特點及其應用范圍？答：反擊式水輪機：（1）混流式水輪機：水流流經轉輪時，以輻向從四周進入轉輪而以軸向流出轉輪，故稱為混流式水輪機。這種水輪機的適用水頭范圍為30～700m，由于其適用水頭范圍廣，而且結構簡單，運行穩(wěn)定，效率高，所以是現(xiàn)代應用最廣泛的一種水輪機。（2）軸流式水輪機：這種水輪機的水流在進入轉輪之前，流向已經變得與水輪機主軸中心線平行，因此水流在經過轉輪時沿軸向進入而又依軸向流出，所以稱為軸流式水輪機。軸流式水輪機按其葉片在運行中能否轉動的情況又分為定槳式和轉槳式兩種：軸流定槳式水輪機在運行時其葉片是固定不動的，因而其結構簡單，但當水頭和流量變化時，其效率相差較大，所以多應用在負荷變化不大，水頭和流量比較固定的小型水電站上，其適用水頭范圍一般為3～50m；軸流轉槳式水輪機在運行時轉輪的葉片是可以轉動的，并和導葉保持一定的協(xié)調關系，以適應水頭和流量的變化，使水輪機在不同工況下都能保持有較高的效率，因此軸流轉槳式水輪機多應用在大中型水電站上，其應用水頭范圍為3～80m。（3）斜流式水輪機：水流流經轉輪時傾斜于軸向，故稱為斜流式水輪機。這種水輪機的葉片也是可以轉動的，葉片的軸線與主軸軸線斜交，因而與軸流轉槳式水輪機相比較就能裝置較多的葉片。適用水頭范圍有所提高，一般為40～120m。（4）貫流式水輪機：當軸流式水輪機的主軸裝置成水平或傾斜，而且不設置蝸殼，使水流直貫轉輪，這種水輪機稱為貫流式水輪機，它是開發(fā)低水頭水力資源的新型機組。適用于水頭小于20m的情況。沖擊式水輪機：（1）水斗式水輪機：其特點是由噴嘴出來的射流沿四周切線方向沖擊轉輪上的水斗而作功。適用水頭范圍為100～2000m。（2）斜擊式水輪機：其特點是由噴嘴出來的射流，是沿著與轉輪平面成某一a角（約為°）的方向沖擊轉輪。實用水頭范圍為25～300m。（3）雙擊式水輪機：其特點是由噴嘴出來的射流首先從轉輪外緣沖擊葉片，接著水流又自內緣再一次沖擊葉片。適用水頭范圍為5～80m。注：斜擊式和雙擊式水輪機構造簡單，但效率較低，因而多用于小型水電站。水斗式水輪機效率高，工作穩(wěn)定，適用水頭范圍廣，因而是現(xiàn)代最常用的一種沖擊式水輪機。3、水輪機型號由哪幾部分組成，各代號的含義？舉兩個實例說明！答：水輪機規(guī)定型號由以下三部分組成，各部分之間用一短橫線分開：第一部分是由兩個漢語拼音字母和阿拉伯數(shù)字組成，前者代表水輪機型式，后者是轉輪型號（用比轉速表示）。第二部分是由水輪機主軸布置型式與進水設備特征的代表符號組成，這些符號也都采用漢語拼音表示。第三部分是水輪機的標稱直徑D1（以cm為單位）和其他必要的指標組成。對水斗式水輪機，型號的第三部分規(guī)定按下列方式表示：水輪機轉輪的標稱直徑/（作用在每一轉輪上的噴嘴數(shù)目×射流直徑）各型水輪機轉輪的標稱直徑規(guī)定如下：對混流式水輪機是指轉輪葉片進口邊上最大直徑；對斜流式水輪機和軸流式水輪機是指與轉輪葉片軸心線相交處的轉輪室內徑；對水斗式水輪機是指轉輪與射流中心線相切處的節(jié)圓直徑。舉例如下：HL220-LJ-550，表示混流式水輪機，轉輪型號（比轉速）為220，立軸，金屬蝸殼，轉輪直徑為550cm；ZZ560-LH-800，表示軸流轉槳式水輪機，轉輪型號為560，立軸，混凝土蝸殼，轉輪直徑為800cm。反擊式水輪機引水機構的構造及各部件的作用是什么？答：反擊式水輪機引水機構主要包括蝸殼以及座環(huán)。蝸殼作用：使水流以較小的水頭損失均勻對稱地流入轉輪。座環(huán)作用：加強蝸殼的剛度并傳遞上部結構力。座環(huán)位于導葉的外圍，它是由上、下碟形環(huán)和中間若干立柱組成的整體鑄鋼件。座環(huán)頂部承受著發(fā)電機混凝土機墩及其傳來的荷載，外緣與蝸殼焊接，內緣與頂蓋和底環(huán)相固定，這樣座環(huán)在整個水輪機中起著骨架作用，并把所承受的荷載傳遞到下部基礎上去。反擊式水輪機導水機構的構造，作用及其工作原理？答：反擊式水輪機導水機構主要包括導葉及其傳動機構（包括轉臂、連桿和控制環(huán)等）。導水機構的主要作用是根據(jù)機組負荷變化來調節(jié)水輪機的流量，以達到改變水輪機輸出功率的目的，并引導水流按必須的方向進入轉輪，形成一定的速度矩。導葉均勻分布在轉輪的外圍，導葉可以隨其軸轉動，改變導葉的開度a0（相鄰兩導葉之間可以通過的最大圓柱體直徑），就可改變通過水輪機的流量。導葉的轉動是通過其轉動機構來實現(xiàn)的，每個導葉軸的上端穿過水輪機的頂蓋并用分半鍵與轉臂連成整體，轉臂通過連接板，剪斷銷釘和連桿與控制環(huán)相鉸接。當接力器的油壓活塞移動時，推拉桿帶動控制環(huán)轉動，使導葉的開度a0亦隨之發(fā)生變化。6、試說明混流式水輪機轉輪及軸流式水輪機轉輪的構造及各組成部分的作用？答：（1）混流式水輪機的轉輪是由上冠，葉片，下環(huán)，止漏環(huán)及泄水錐等組成。上冠：減小作用在轉輪和頂蓋之間的軸向水壓力。泄水錐：用以引導水流順利地形成軸向流動，以消除水流的撞擊和漩渦。葉片：隨其軸轉動，改變通過水輪機的流量。泄水錐：使水流受到很大的阻力而不易通過，以達到減小漏水損失的目的。軸流式水輪機的轉輪是由葉片和輪轂組成。葉片：像懸臂梁一樣承受著水流作用的巨大扭矩，改變水輪機的流量。輪轂：葉片的轉動機構裝在輪轂內，外部連接著葉片，內部安裝著葉片的轉動機構。7、試說明沖擊式水輪機的構造及其各組成部件的作用？答：沖擊式水輪機主要由噴管和轉輪組成。來自鋼管的高壓水流通過噴管端部的噴嘴變?yōu)榫哂懈咚俚淖杂缮淞鳎藭r射流內的壓力為大氣壓力，而且在整個工作過程中都不發(fā)生變化。當射流沖擊轉輪時，從進入到離開轉輪的過程中，其速度的大小和方向也都發(fā)生變化，因而將其動能傳給轉輪，并形成旋轉力矩使轉輪轉動。第二章：水輪機基本方程式的物理意義？答：上列方程式說明了單位重量水流的有效出力和水流在轉輪進、出口速度矩的改變相平衡，所以水流速度矩的變化是轉輪作功的依據(jù)。又是另一種形式的水輪機基本方程式，它明顯給出了水輪機有效水頭與速度三角形中各項速度之間的關系?？傊?，以上幾種形式的水輪機基本方程式都給出了單位重量水流的有效出力與轉輪進出口水流運動參數(shù)之間的關系，它們實質上也都表明了水流能量轉換為旋轉機械能的平衡關系，可作為轉輪和葉片翼型設計的主要依據(jù)。水輪機最優(yōu)工況條件為什么最優(yōu)工況條件下效率最高答：（1）當水輪機同時滿足β1=βe1和β2=90°的工況下工作時，則水流在轉輪進口無撞擊損失、出口無渦流損失，此時水輪機的效率最高，所以將這一工況稱為水輪機的最優(yōu)工況。（2）水輪機的運行工況是經常變動的，當在最優(yōu)工況運行時，除效率最高外，而且運行穩(wěn)定，汽蝕性能好。當偏離最優(yōu)工況時，效率下降，汽蝕亦隨之加劇，甚至會使水輪機的工作遭受破壞，因此必須對水輪機的運行工況加以限制。尾水管的功用有哪些動力真空和靜力真空是如何形成的答：（1）尾水管的功用：匯集轉輪出口的水流，并引導水流排至下游；當Hs>0時，以靜力真空的方式使水輪機完全利用了這一高度所具有的勢能；以動力真空的方式使水輪機回收并利用了轉輪出口水流的大部分動能。（2）在設有尾水管后，轉輪出口處形成了壓力降低，出現(xiàn)了真空現(xiàn)象，此真空值由兩部分組成：一部分由落差H2形成，稱為靜力真空，H2也稱為吸出高。另一部分是由尾水管進、出口動能差和扣除水頭損失所形成，稱為動力真空，它是通過圓錐形尾水管對水流的擴散作用而形成的。水輪機的空化與空蝕是如何形成的空蝕有哪些類型答：（1）當壓力低于汽化壓力時水就空化，而放出大量的汽泡。這種汽泡在潰滅過程中，由于汽泡中心壓力發(fā)生周期性變化，使周圍的水流質點發(fā)生巨大的反復沖擊，對水輪機過流金屬表面產生汽蝕破壞作用的現(xiàn)象，稱為水輪機的汽蝕（也稱為水輪機的空蝕）。（2）翼型汽蝕、間隙汽蝕、空腔汽蝕、局部汽蝕。水輪機安裝高程是指什么高程？答：對立軸混流式和軸流式水輪機是指導葉中心平面高程；對臥軸混流式和貫流式水輪機是指主軸中心線高程。第三章：水輪機的相似條件和相似定律是什么研究目的是什么答：相似條件：主要是指其中的水流運動保持相似，包括幾何相似、運動相似和動力相似。相似定律：如果兩個水輪機的工況相似，則轉輪中對應點的水流速度三角形應是相似的，這種相似常以該工況下的水頭、流量、轉速、出力和效率之間的關系來表示，這些參數(shù)之間的固定關系稱之為水輪機的相似律（包括流量相似率、轉速相似率和出力相似率）。研究目的：研究相似水輪機運行參數(shù)之間存在的相似規(guī)律，并確立這些參數(shù)之間換算關系的理論稱為水輪機的相似理論，根據(jù)這一理論就可以把從模型試驗所得出的數(shù)據(jù)換算到原型水輪機上去，從而得出原型水輪機的特性參數(shù)以及這些參數(shù)之間的關系。什么是水輪機的輪系、單位參數(shù)和比轉速比轉速和轉速、機組尺寸、氣蝕系數(shù)有什么關系答：幾何相似是指兩個水輪機過流通道幾何形狀的所有對應角相等，所有對應尺寸成比例。對于保持有上述幾何相似大大小小的一套水輪機系列，簡稱為輪系。通常采用將模型試驗的成果都化引為D1M=1m，HM=1m標準情況下的參數(shù)，此參數(shù)稱為單位參數(shù)（單位參數(shù)有單位流量，單位流量和單位出力）。同一輪系中的水輪機，當其工作水頭H=1m、出力N=1kw時所具有的的轉速稱為比轉速。關系：在一定水頭下，提高比轉速時，水輪機的轉速增大，這可縮小機組尺寸，減輕機組重量和降低水電站的投資。但當提高水輪機的比轉速時，其氣蝕系數(shù)亦隨之迅速增大，而增大了的汽蝕系數(shù)將會增大廠房的開挖深度或減小水輪機的壽命。所以選擇水輪機時，其合理的比轉速應通過動能經濟比較確定。水輪機的參數(shù)和特性曲線有哪些模型綜合特性曲線的作用及其組成答：（1）水輪機的參數(shù)包括結構參數(shù)、工作參數(shù)和綜合參數(shù)。結構參數(shù)有轉輪直徑D1、導葉高度b0、導葉開度a0和葉片轉角等；工作參數(shù)有水頭H、流量Q、轉速n和吸出高Hs等；綜合參數(shù)有單位轉速、單位流量、軸功率、效率和汽蝕系數(shù)等。水輪機的特性曲線包括線性特性曲線和綜合特性曲線兩大類。作用：模型水輪機的綜合特性曲線就給出了模型水輪機在所有運行工況下導葉開度a0、效率、汽蝕系數(shù)等的變化規(guī)律，亦即表示出模型水輪機的能量特性和汽蝕特性。組成：等開度線、等效率線、5%出力限制線和等汽蝕系數(shù)線。第四章：水輪機選型設計中應遵循哪些原則工作的具體內容有哪些答：水輪機的選擇，在確定水輪機的型號和有關參數(shù)時，應結合樞紐布置、工期安排以及水輪機的制造、運輸、安裝和運行維護等方面的因素，列出可能的水輪機待選方案，進行各方案之間的動能經濟比較和綜合分析，力求選出技術上先進可靠，經濟上合理的水輪機。工作的具體內容：選擇水輪機發(fā)電機組的臺數(shù)和單機容量；選擇水輪機的型號及裝置方式；確定水輪機轉輪的直徑及轉速；確定水輪機的吸出高度及安裝高程；繪制水輪機的運轉特性曲線；確定蝸殼及尾水管的型式及主要尺寸；選擇調速器及油壓裝置；選擇水輪機發(fā)電機的型號并估算其各部尺寸和有關數(shù)據(jù)。機組臺數(shù)的確定需要考慮哪些主要問題？答：（1）機組臺數(shù)與機電設備制造的關系；機組臺數(shù)與水電站投資的關系；機組臺數(shù)與水電站運行效率的關系；機組臺數(shù)與水電站運行維護工作的關系。水輪機機型如何確定？答：水輪機的型號選擇是在已知機組容量和各種特征水頭的情況下進行的，一般常用下列兩種方法選擇：根據(jù)水輪機的系列型譜選擇；采用套用機組。試闡述用模型綜合特性曲線選擇水輪機主要參數(shù)的具體步驟？答：反擊式水輪機主要參數(shù)的選擇：選擇轉輪直徑效率修正值的計算；選擇轉速；工作范圍的驗算；吸出高的計算。水斗式水輪機主要參數(shù)的選擇：轉輪直徑；射流直徑；噴嘴直徑；轉速；水斗數(shù)目。水輪機選型設計中進行各待選方案的分析比較主要包括哪些內容？答：模型轉輪參數(shù)：推薦使用的水頭范圍、最優(yōu)單位轉速、最優(yōu)單位流量、限制工況單位流量、最高效率、設計工況汽蝕系數(shù)。原型水輪機參數(shù)：工作水頭范圍、轉輪直徑、轉速、最高效率、額定出