水电站(问答题答案版).doc

水电站复习思考题 （1） 复习思考题（水轮机部分）（一）1.水电站的功能是什么，有哪些主要类型？ 2.水电站的装机容量如何计算？ 3.水电站的主要参数有哪些（H、Q、N、N装、P设、N保），说明它们的含义？ 4.我国水能资源的特点是什么？5.水力发电有什么优越性？复习思考题（水轮机部分）（二）1. 水轮机是如何分为两大类的？组成反击式水轮机的四大部件是什么？水轮机根据转轮内的水流运动和转轮转换水能形式的不同可分为反击式和冲击式水轮机两大类。组成反击式水轮机的四大部件是：引水部件、导水部件、工作部件、泄水部件2. 反击式和冲击式水轮机各是如何调节流量的？反击式水轮机：水流在转轮空间曲面形叶片的约束下，连续不断地改变流速的大小和方向。冲击式水轮机：轮叶的约束下发生流速的大小和方向的改变，将其大部分的动能传递给轮叶，驱动转轮旋转。3.什么是同步转速，同步转速与发电机的磁极对数有什么关系？尾水管的作用是什么？同步转速：电机转子转速与定子的旋转磁场转速相同(同步)。同步转速与发电机的磁极对数无关。尾水管的作用：将通过水轮机的水流泄向下游；转轮装置在下游水位之上时，能利用转轮出口与下游水位之间的势能H2；回收利用转轮出口的大部分动能4.水轮机的型号如何规定？效率怎样计算？根据我国“水轮机型号编制规则”规定，水轮机的型号由三部分组成，每一部分用短横线“”隔开。第一部分由汉语拼音字母与阿拉伯数字组成，其中拼音字母表示水轮机型式。第二部分由两个汉语拼音字母组成，分别表示水轮机主轴布置形式和引水室的特征；第三部分为水轮机转轮的标称直径以及其它必要的数据。水轮机的效率：水轮机出力（输出功率）与水流出力（输入功率）之比。=P/Pw 5.什么是比转速？表示当工作水头H=1m、发出功率N=1kw时，水轮机所具有的转速n称为水轮机的比转速。 复习思考题（水轮机部分）（三）1. 解释水轮机效率的组成，三种效率之间的关系如何？什么是水轮机的最优工况？水力效率s、容积效率v、机械效率j。其关系是=jvs。水轮机运行效率最高的工况，称为水轮机的最优工况。对反击式水轮机，同时满足水轮机进口无撞击、出口无漩涡，即为最优工况。2.解释：水轮机的汽蚀、吸出高和安装高程。水轮机的汽蚀：水在通过水轮机流道时，由于各处的速度和压力不同，在低压区会产生水的汽化，出现气泡。当含气泡的水流到高压区时，气泡又会溃灭。汽泡在溃灭过程中，由于汽泡中心压力发生周期性变化，使周围的水流质点发生巨大的反复冲击，对水轮机过流金属表面产生破坏的现象。吸出高：水轮机的吸出高度Hs是转轮叶片压力最低点到下游水面的垂直距离，随工况而改变。立式水轮机的安装高程是指导叶高度中心面高程，卧式水轮机的安装高程是指水轮机主轴中心线所在水平面高程。3.水轮机的基本方程式如何表达，方程式的实质是什么？4.水轮机的相似条件和相似定律是什么？研究目的是什么？相似条件：要使原型水轮机与模型水轮机相似，必须具备三个相似条件，即几何相似，运动相似和动力相似。 水轮机的相似定律又叫相似律，是指水轮机在相似工况下运行时各个工作参数（比如水头H，流量Q，转速n等）之间的关系。通常包括转速相似律，流量相似律和出力相似律。研究目的：原型试验既不经济又很困难，为了研究问题方便，常将原型水轮机按比例缩小成模型，进行模型实验，获得实验数据后再设法换算成原型水轮机的特性参数。5.什么是水轮机的单位参数和比转速？比转速和转速、机组类型、汽蚀系数有什么关系？当水轮机转轮直径D1=1m时、水头H=1m时，水轮机的转速、流量、出力分别称为单位转速、单位流量和单位出力，统称单位参数。，表示当工作水头H=1m、发出功率N=1kw时，水轮机所具有的转速n称为水轮机的比转速。.比转速ns是一个能综合反映水轮机工作参数n，H，N和Q之间关系的无量纲参数，其值不随工况变化而变化，因而是水轮机分类主要依据当H一定时： Nn。机组尺寸缩小，投资减少，因此提高比转速可以降低造价。当H和N一定时，越高，空蚀系数越大，需要增加厂房开挖。6.水轮机的参数和特性曲线有哪些？模型综合特性曲线的作用及其组成？轴流式和混流式水轮机的特性曲线有什么区别？水轮机的工作参数有水头、流量、转速、出力和效率等。其几何参数包括转轮直径、活动导叶的开度，叶片转角等。水轮机的综合特性曲线有模型综合特性曲线和运转综合特性曲线两种。运转综合特性曲线是针对原型水轮机绘制的，主要用于水电站的设计时检查所选水轮机在、是否正确和建成后指导水电站的合理经济运行。复习思考题（水轮机部分）（四）1.水轮机选择的内容是什么？选择方法有几种？水轮机选型设计的内容1、确定机组台数及单机容量2、选择水轮机型式（型号）及装置方式3、确定水轮机参数D1、n、Hs、Za；Z0、d04、绘制水轮机运转特性曲线5、确定蜗壳、尾水管的形式及其尺寸，估算水轮机的重量和价格。6、调速器及油压装置选择7、根据选定的水轮机型式和参数，结合水轮机在结构上、材料、运行等方面的要求，拟定并向厂家提出制造任务书，最终双方共同商定机组的技术条件，作为进一步设计的依据。 选择方法：1、 根据水轮机系列型谱选择2、专题研究法3、查系列范围图法4、采用套用机组5、直接查产品样本6、统计分析法2.水轮机的工作特性曲线和运转特性曲线各自的作用是什么？运转特性曲线研究目的：进一步分析比较原型水轮机各方案之间的能量特性，指导水轮机的安全运行。综合反映原型水轮机H、N、Hs等参数之间的关系曲线3.模型水轮机的最高效率与原型水轮机的最高效率哪个更高一些，为什么？模型水轮机的最高效率更高4.水轮机调节的原理，反击式和冲击式水轮机各自是如何调节流量的，水轮发电机在并网前后调节流量的目的和作用是否相同，有何不同？反击式：通过改变导叶开度a0 ，ZZ：同时改变叶片转角。冲击式：通过改变喷嘴开度。 水轮发电机在并网前调节流量的目的：尽可能的增大水轮机的发电效率和使水轮机处于良好的运行状态。水轮发电机在并网后调节流量的目的：系统负荷变化系统电压发生变化发电机励磁装置动作发电机的端电压恢复并保持在许可范围内。系统负荷变化系统电流的频率f发生变化，由于f是磁极对数p和转速n的函数发电机调速器动作发电机的转速恢复并保持在许可范围内。水轮发电机在并网后调节流量的作用：随外界负荷的变化，迅速改变机组的出力。保持机组转速和频率变化在规定范围内，最大偏差不超过0.5Hz，大电力系统不超过0.2Hz。启动、停机、增减负荷，对并入电网的机组进行成组调节(负荷分配)，以达到经济合理的运行。5.中小型水电站如何为水轮机选择合适的调试器？水轮机调速设备包括：调速柜、接力器、油压装置中小型调速器是将上面的三部分结合在一起，成为一个整体设备，以主接力器的工作容量(也称为调速功)为表征组成标准系列。用调速功来进行选择。调速功：接力器活塞上的油压力与其行程的乘积。反击式水轮机的调速功： A=(200250)Q(HmaxD1)1/2 Q为最大水头下额定出力时的流量。冲击式水轮机的调速功： A=9.81 Z0 (d0+d03 Hmax/6000) Z0为喷嘴数目 d0为额定流量时的射流直径。水电站复习思考题（2）复习思考题（引水部分）（一）1.简述有压进水口的主要型式、有压进水口的顶部高程、底部高程如何确定高程、轮廓尺寸是如何确定的?有压进水口的主要型式可分为竖井式、塔式、岸塔式、岸坡式和坝式等有压进水口位置的选择应当从水库地形、地质条件、水位变幅、引水路线、进水口型式以及其他进水口位置等方面来综合考虑。运行时应能保证流向进水口的水流平顺、对称、水头损失小、不产生回流和漩涡、不产生淤积和聚集漂浮物等现象。同时在其他进水口通过水量或泄洪时不影响该进水口的进水量。引水隧洞的进水口应与隧洞路线的选择协调一致，布置在地形地质及水流条件均合适的地点。有压进水口应低于运行中可能出现的最低水位，并有一定的淹没深度。有压进水口的底部应高于水库的设计淤积高程1.0m以上。有压进水口沿水流方向可分为进口段、闸门段、渐变段三部分。这三部分的尺寸及形状，主要与拦污栅断面、闸门尺寸和引水道断面有关。进水口的轮廓就是使这三个断面能平顺的连接起来。在保证引进发电所需流量的前提下，尽可能使水流平顺的进入引水道，使水头损失小、避免因水流脱壁而产生负压，降低工程造价和设备费用。2.拦污栅的工作要求?拦污栅的设计如何进行?主要作用：防止漂木、树枝树叶、杂草、垃圾、浮冰等漂浮物随水流进入进水口，同时不让这些漂浮物堵塞进水口，以免影响机组正常运行。确定面积：1）先求其净面积=过栅流量/过栅流速：2）净面积与挡水的面积之和即为拦污栅的面积。3.水电站压力钢管进水口处应设置哪些闸门？其相互位置、作用、布置方式及运用要求是什么？水电站压力钢管进水口应设检修门和事故门，检修门在事故门前。事故门的作用是当水电站发生事故时用来紧急截断水流，防止事故扩大。布置方式是一口一门，要求在动水中快速关闭，静水中开启；检修门是当检修事故门及门槽时作为临时挡水用的，多口共用一门，要求在静水中启闭。3. 通气孔、通气阀的作用是什么？通气孔作用：引水道充气时用以排气，事故闸门紧急关闭放空引水道时，用以补气以防出现有害真空。充水阀作用：开启闸门前向引水道充水，平衡闸门前后水压，以便在静水中开启闸门，从而减小启门力。复习思考题（引水部分）（二）1.说明水电站压力水管的供水方式和引入厂房的方式，各有何优缺点？压力管道引进厂房的方式：正向引近：低水头电站。水流平顺、水头损失小，开挖量小、交通方便。钢管发生事故时直接危机厂房安全。纵向引近：高、中水头电站。避免水流直冲厂房。斜向引近：分组供水和联合供水。供水方式：单元供水、联合供水、分组供水 2.如何简单确定压力钢管的直径和壁厚？1、压力管道直径的选择动能经济比较法：基本原理与渠道相同(要考虑流速、水锤压力的影响)，拟定几个直径，进行动能经济计算，比较确定最优经济直径。经验公式法：简化条件推导公式。精度较低，初步设计时采用 Qmax压力管道设计流量，H设计水头经济流速法：压力管道经济流速一般为46m/s，最大不超过7m/s，Ae= Qmax/Ve钢管管壁厚度估算1、用锅炉公式初拟管壁厚度2、荷载计算3、管壁应力计算，此时不计2mm锈蚀厚度。4、管壁强度的校核。5、抗外压稳定校核。3.简述地面压力钢管的设计步骤。1、线路选择：选择几个方案，进行技术经济比较。2、管径确定：通过动能经济比较，确定经济直径。3、管道布置及附件设计：镇墩、支墩、伸缩节、进人孔、阀门。4、水力计算： (1)恒定流：确定钢管在不同流量下的水头损失。 (2)非恒定流：水电站在工况发生变化时，钢管的水击压力。5、压力钢管结构设计(1) 初步拟定管壁厚度(考虑锈蚀厚度)；(2) 根据管壁厚度用光滑管外压稳定计算公式进行外压稳定校核，如果不稳定设置加劲环(也可用支承环代替)，并选定其间距；(3) 根据加劲环抗外压稳定和横断面压应力小于允许值的要求，确定加劲环的尺寸；(4) 进行强度校核，如果不满足要求则增加管壁厚度或缩小加劲环间距。在重复上面的步骤，直到满足要求。6、校核镇墩的稳定及地基应力。4.压力钢管鎭墩的下游侧为什么要设置伸缩节？5.水电站压力钢管进水口处应设置哪些闸门？其相互位置、作用、布置方式及运用要求是什么？复习思考题（引水部分）（三）1. 说明分岔管的布置方式、种类和各自的适用条件。卜形布置。纵向引近和斜向引进的厂房常采用这种布置方式。对称Y形布置。适用于正向引近的厂房。三岔形布置。适用于正向引近的厂房。1、贴边式岔管：常用于中、低水头卜型布置的地下埋管。 2、三梁岔管 适用：内压较高、直径不大的明管道。 3、月牙肋岔管 适用：大中型电站。4、球形岔管适用：高水头大中型电站。是国外采用比较多的一种成熟管型，国内应用尚少。5、无梁岔管 有发展前途的管型，能发挥与围岩共同受力的优点。目前国内应用较少。2. 说明地下埋管外压失稳的原因及防止外压失稳的措施。地下埋管外压失稳的原因：外压钢衬屈曲钢衬变形达到0外压继续增加钢衬发生更多波形的屈曲钢衬应力值钢衬应力达到材料屈服值失稳。防止外压失稳的措施：1、降低地下水水压力是防止钢衬失稳的根本方法，措施是排水廊道结合排水孔；2、精心施工做好钢衬与混凝土之间的灌浆，减小缝隙，但灌浆时要注意鼓包问题，可采取临时措施或限制灌浆压力；3、流态混凝土的压力稳定可用临时支撑解决或限制浇筑高度。3.压力水管的线路选择布置原则是什么?尽量缩短管道的长度；减少管道空腔对坝体应力的不利影响。减少管道对坝体施工的干扰并有利于管道安装和施工。4.压力水管的供水方式、引进方式、敷设方式有哪几种?各自的优缺点和适用条件是什么?明钢管的敷设方式有以下两种：1）分段式。在相邻两镇墩之间设置伸缩接头，当温度变化时，管段可沿管轴线方向移动，因而消除了管壁中的温度应力。明钢管大都采用此种敷设方式。2）连续式。两镇墩间的管身连续敷设，中间不设伸缩节。由于钢管两端固定，不能移动，温度变化时，管身将产生很大的轴向温度应力。为减小管身的温度应力，在管身的适当位置设置一些可自由转动的转角接头。这种方式在一定条件下可能是经济合理的。但我国很少采用。5.镇墩、支墩的作用是什么?各有几种类型？ 镇墩：固定钢管，承受因水管改变方向而产生的轴向不平衡力。水管在此处不产生任何位移。支墩：承受管重和水重的法向分力。相当于连续梁的滚动支承，允许水管在轴向自由移动。伸缩节：消除温度应力，且适应少量的不均匀沉降。支墩：滑动型支墩、滚动型支墩、摆动型支墩。镇墩：封闭式、开敞式。复习思考题（引水部分）（四）1. 什么是水击，什么是调节保证计算，调节保证计算的任务是什么？水击：水轮机引用流量在某种特殊情况下，发生突然改变，随着压力管道末端阀门或导水叶的突然关闭（或突然开启），伴随着压力管道内水流流速的突然改变而产生压强升高（或降低）的现象称为水锤现象。调节保证计算：选择调速器合理的调节时间和调节规律，计算有压引水系统中的最大水锤压力、最小水锤压力和机组转速变化，保证压力和转速变化不超过规定的允许值。机组调节保证计算的任务？（1）计算有压引水系统的最大和最小内水压力。最大内水压力作为设计或校核压力管道、蜗壳和水轮机强度的依据；最小内水压力作为压力管道线路布置，防止压力管道中产生负压和校核尾水管内真空度的依据；（2）计算丢弃负荷和增加负荷时转速变化率，并检验其是否在允许的范围内；（3）选择调速器合理的调节时间和调节规律，保证压力和转速变化不超过规定的允许值；（4）研究减小水锤压强及机组转速变化的措施。2.水击的相长和周期如何表示？3.什么是直接水击，什么是间接水击？如果水轮机调节时间Ts2L/c，则水库反射波回到阀门之前开度变化已经结束，阀门处只受开度变化直接引起的水锤波的影响称为直接水锤如果水轮机调节时间Ts2L/c，则开度变化结束之前水库反射波已经回到阀门处，阀门处的水锤压力由向上游传播的F波和向下游传播的f波相叠加而成称为间接水锤4.什么是第一相水击，什么是极限水击？它们各是如何计算的？（近似计算公式）第一相水锤：最大水锤压力出现在第一相末（判别条件：）。计算公式：和当 1时，最大水锤压力出现在第一相以后的某一相，其特点是最大水锤压力接近极限值 ，即 ，称为极限水锤。极限水锤计算简化公式当水锤压强0.5时，可得到更为简化的近似公式： 5.分析并说明如何改善水电站的调节保证？6.如何将复杂管路的水击问题简化成简单管进行计算？调压室为什么设置在厂房附近？7.调压室的作用是什么? 答：（1）调压室具有自由水面，能反射由压力管道传来的水锤波，从而避免或减小了引水道中的水锤压力。由于缩短了封闭管道的长度，也大大降低了管道中水锤压力。（2）调压室有一定容积，离厂房较近，机组负荷变化时能迅速补充或存储一定水量，有利于机组的稳定运行。8.设置调压室的条件是什么?1、上游调压室的设置条件(初步判定) 用水流加速时间(也称为压力引水道的时间常数)Tw来判断是否设置调压室Tw24s时，可不设调压室当水电站单独运行时，或机组在电力系统中所占的比例超过50%时，取小值(2s)；当比重小于10%20%时，可取大值。2、下游调压室的设置条件以尾水管内不产生液柱分离为前提，条件为：Lw尾水道长度；Vw0稳定运行时尾水管流速；Vwj尾水管入口处流速；安装高程。最终通过调节保证计算，当机组丢弃全部负荷时，尾水管内的最大真空度不宜大于8m水柱。但在高海拔地区应作高程修正(见规范)。9.调压室有那几种基本结构类型，各适用于什么情况？1、简单式调压室 适用：低水头小流量电站。2、阻抗式调压室 3、双室式调压室 适用：水头较高，要求的稳定断面较小，水库水位变化比较大的水电站。(4) 溢流式调压室 由双室式调压室发展而成，顶部设有溢流堰。(5) 差动式调压室 适用：地形和地质条件不允许大断面的中高水头水电站，我国采用较多。(6) 气垫式或半气垫式调压室 适用：表层地质条件不适于建造常规调压室的情况下深埋于地下的引水式地下水电站。目前我国尚未采用。10.设计调压室有哪些基本要求?