水电站习题3

一.什么是压力前池，其主要功能有哪些？

答：压力前池设置在引水渠道或无压隧洞的末端，是水电站无压引水建筑物与压力管道的连接建筑物。

压力前池的作用：1.平稳水压、平衡水量。2.均匀分配流量。3.宣泄多余水量。4.拦阻污物和泥沙。

二.如何确定有压进水口的轮廓尺寸及高程？

答：轮廓尺寸：水头损失小，工程造价低。

高程：有压进水口的顶部高程应低于运行中可能出现的最底水位，并有一定的淹没深度，以进水口前不出现漏斗式吸气旋涡为原则。底部高程应高于设计淤沙高程。

三.拦污栅的主要作用，如何确定其面积？

答：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人进水口，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.增加挡水的面积即为拦污栅的面积。

四.明渠的设计流量如何确定，为什么？

答：设计流量Qd一般采用水电站的最大引用流量Qmax。1.使渠道经常处于审水状态工作，以增加发电水头；2.避免因流量增加不多而水头显著减小的现象；3.使渠道的过水能力留有余地，以防止渠道淤积、长草或实际糙率大于设计采用值时，水电站出力受阻(即发不出额定出力)。

五.压力水管的供水方式有几种，各自的特点和适用条件？

答：压力管道的供水方式：

1.单元供水   优：1.运行方便2.不设下闸门 3.维修方便4.结构简单，便于施工

             缺：1.工程量大2.造价高3.费钢材

             适：1.单机流量大2.水头小3.管线短4.坝内管

2.联合供水   优：1.工程量小2.省钢材

             缺：1.运行不可靠，干扰大2.下阀门不能省3.分叉管多，加工施工困难

             适：1.Q单小2.路线长3.有调压室4.埋地下管

3.分组供水： 其特点介于以上两者之间。适：1.线路较长2.Q单大3.机组台数多。

六.何为外压失稳，防止压力水管外压失稳的措施有哪些？

答：管道内部产生真空或负压时，管壁在外部的大气压力下可能丧失稳定，管壁被压瘪的现象。

钢管的外压稳定必须满足两个要求：①在外压力作用下钢管本身不失稳；②抗外压承载能力满足要求。

防止措施：1.在管壁上增加加劲环提高管壁的刚度；2.增加管壁厚度。

七.简述直接水击、第一相水击的定义，判别条件及计算公式？

答：直接水击：当水轮机开度的调节时间(判别条件Ts≤2L/a),由水库处异号反射来的水击波尚未到达阀门。阀门的开度变化已终止，水管末端水压力只受开度变化直接引起的水击波的影响。公式：ΔH=H--H0=--a(V--V0)/g

第一相水击：最大水击压力出现在第一相末(判别条件：ρτ0＜1)。公式：  P184

八.试证明水击波在压力水管末端的反射系数为r=(1--ρτ)/ (1+ρτ)      P185

九.简述水电站引水系统中不稳定流产生的原因和特点？

答：原因：负荷的变化而引起导水叶开度、水轮机流量、水电站水头、机组转速的变化。

    特点：1. 引起机组转速的较大变化。2. 在有压引水管道中发生“水击”现象。3. 在无压引水系统（渠道、压力前池）中产生水位波动现象。

十.调压室水位波动稳定条件和重要假定各是什么？

答：稳定条件：1调压室断面大于临界断面2.引水道和压力管道水头损失之和小于水电站静水头3.小波动稳定不能保证大波动必然不能衰减。

假定条件：1.波动为无限小2.水轮机的出力为常数3.电站单独运行机组效率不变4不考虑调压室底部流速水头的影响。

十一.简述水电站主厂房结构传力系统

十二.简述发电机支承结构的主要类型及各自的特点？

答：主要类型：1. 简单圆筒式 特点：优点：结构简单，施工方便，抗震抗扭性能好，刚度大。缺点：辅助设备布置不方便，检修维护不方便。2环梁主柱式 特点：优点：辅助设备布置简单。缺点：刚度小，抗震抗扭性能差。3.构架式特点：（同环梁主柱式）。4.平行墙式 特点：辅助设备布置简单，可不拆除发电机检修水轮机。5.矮机墩 特点：优点：刚度大。缺点：费材料。6.钢机墩 特点：优点：节省工期，安装方便，结构紧凑。缺点：用钢量大，防锈难。7.混凝土板墙机墩。

华 北 水 利 水 电 学 院 试 题 纸  

2005～2006学年  第一学期  2002级  水利水电工程  专  水电站   试题 

一、选择题(10分，每小题1分，在选项下画横线) 

1. 地下埋管钢衬破坏大都是由于（内压较大且钢衬强度不足，外压失稳），防止破坏的有效措施是（加厚钢衬，加钢性环）

2. 混流式水轮机运转特性曲线包括（等效率线、等开度线，等吸出高度线，等气蚀系数线，等转角线、水轮机出力线）

3. 工作闸门的工作条件为（动水，静水）开启，（动水，静水）关闭，检修闸门的工作条件为（动水，静水）开启，（动水，静水）关闭。

4. 为减小机组转速上升率, 应(设调压室,设放空阀,减小Ts)。 

5. 水电站厂房枢纽一般包括（进水口，引水道，主厂房、副厂房、变压器场、高压开关站）。

6. 反击式水轮机的组成部件有（进水部件，导水机构，喷管，转轮，泄水部件，喷嘴）

7. 地面高压管道的经济直径选择与明渠经济断面选择的原则和方法相同，但钢管要考虑(水击,结构形式,流速)。

8. 水轮机的最优工况是指（效率最高，出力最大，撞击和涡流损失最小，流量最大）。

9．水击计算中，串联管道简化应满足（管长不变，流速不变，相长不变，管径不变，动能不变）原则。

10．调压室的类型有（洞式，圆筒式，塔式 ，墙式，阻抗式，环梁柱式）等。

二、判断题(10分，每小题1分)

1、调压室底部流速对调压室的稳定有利。(T)

2、抽水蓄能电站抽水所消耗的电能多于生产的电能，因此经济上不合理。(F )

3、无压引水进水口，一般应选在河流弯曲段的凹岸。(T )

4、对低水头电站，一般可采用先快后慢的机组关闭规律，以达到降低水击的目的。(T )

5、冲击式水轮机利用了水流的动能、势能、压能。 (F )

6、管径、管厚沿程不变的管道为简单管。（F） 

7、机组的中心线与厂房的中心线往往不重合。（T） 

8、水击波速a与管道的支承方式无关。（T） 

9、“水锤穿室”是指水击波穿过调压室进入压力管的现象。（F ） 

10、水击过程、调压室水位波动及机组转速变化三者之间是相互、互不干扰的。（F）

三、填空(33分，每空1分)

1、水轮机的主要的特征水头有__设计水头____、__平均水头____、__最大水头__、__最小水头____。 

2、有压引水式水电站由_有压进水口_、有压引水道_、_调压室_、__压力管道、厂房等几部分组成；而无压引水式水电站由 无压进水口_、__无压引水道_、压力前池、_压力管道_、_厂房等组成。 

3、水电站的有压进水口类型有 塔式、洞式_、_坝式、_墙式_。 

4、水电站的引水渠道称为_动力渠道，分_自动调节 渠道和_非自动调节_渠道。 

5、压力钢管的供水方式有___单元供水、_分组供水_、_联合供水_三种，其中地下埋管多采用___联合供水方式。6、水电站厂房水系统有供水系统和排水系统；其中供水系统包括_技术供水__、_生活供水_ 、 消防供水；排水系统包括 渗漏排水 、 检修排水 。 

7、尾水管主要有 __直锥型_、_弯肘型_、_弯锥型_三种型式。

四、 简答题(30分，每小题6分)

1、水轮机是根据什么分类的？分成哪些类型？ 

根据水流能量转换特征分为反击式和冲击式；反击式根据水流进出转轮的方向分为混流式、轴流式、斜流式、贯流式；冲击式根据射流与转流的接触方式分为水斗式、斜击式、双击式。 

2、调压室水力计算内容与目的是什么?其计算条件如何选取?

最高涌浪——确定调压室高度——上游最高水位、丢弃全部负荷，引水道糙率取可能最小值； 

最低涌浪——确定高压管道进口高程——上游水位取最低水位（死水位），增加负荷或丢弃负荷第二振幅，引水道糙率取可能最大值。 

稳定断面——确保水位波动稳定——游水位取最低水位（死水位），机组满负荷运行，引水道糙率取可能最小值，高压管道糙率取可能最大值 

3、安装间的作用是什么?如何确定安装间面积及高程？ 

安装间的作用是安装检修机组时放置主要部件，其面积应满足安装检修需要，一般要满足检修一台机组时放置发电机转子、上机架（或下机架）、水轮机转轮、顶盖四大件的需要。其高程应尽量与发电机层、对外交通同高，以方便运行，并尽量高于下游洪水位。 

4、简述露天式高压管道的设计步骤 

初估管壁厚度；分析计算管道上所受的各种力；外压稳定稳定校核；基本断面应力分析，强度校核。 

5、试述水电站厂房各层高程确定的顺序，并说明确定水轮机安装高程应考虑哪些因素？ 

水电站厂房各层高程确定的顺序为，首先确定水轮机的安装高程，然后向上依次确定水轮机层地板高程、发电机层地板高程、吊车轨顶高程、厂房天花板及屋顶高程，向下依次确定尾水管底板高程、开挖高程。 

确定水轮机的安装高程时主要考虑了水轮机的类型、水头、安装位置的海拔高程、气蚀系数和下游尾水位等因素 

五、计算题(17分)

1、（7分）某水电站采用金属蜗壳，v=6.0m/s，Q=8，座环直径Da=1.5m，包角φ0=345 °，试计算φ1=60°时金属蜗壳的断面中心距a1和外围轮廓尺寸R1。

[解答]（1）（3分）断面半径： 

（2）（2分）断面外半径： 

（3）（2分）断面中心距： 

2、（10分）某水电站设计最大静水头Ｈ0＝150ｍ，采用露天式压力钢管，长度Ｌ＝500ｍ，直径D=2ｍ，水击波传播速度c＝1000ｍ／ｓ。机组全开时管道中最大流速Ｖmax＝5ｍ／ｓ，假定管道末端装有冲击式水轮机，并且阀门按直线规律关闭，由全开至全关所需的时间为4ｓ。用解析方法求解： 

（1）水轮机上游200ｍ处的最大水击压力升高； 

（2）设管壁允许应力[σ]=130MPa, 试确定管壁的结构厚度；

解：一. 判断水击类型（4分） 

（1）直接水击与间接判别(2分) 

∵2L/c=2*500/1000=1（2）第一相水击与极限水击的判别(2分) 

∵τ0=1，ρ=cVmax/2gH0=1000*5/2/10/150=1.67 

ρτ0=1.67>1.5 ∴为极限水击 

二． 计算水击压力（4分） 

（1）计算管道末端水击压力 

σ=LVmax/g/H0/Ts=500*5/10/150/4=0.42

ξm=2σ/(2-σ)=0.54

 则管道末端水击压力△H=ξm* H0 =0.54*150=81ｍ(2分)

（2）计算水轮机上游200ｍ处的水击压力 

△H =(500-200)*81/500=48.6ｍ(2分) 

三． 估算管壁厚度（2分） 

δ=γHD/（2[σ]φ）=9.8*(81+150)*2/2/130/0.9/1000=0.019ｍ 

考虑2ｍｍ锈蚀厚度，并取偶数值，则管壁厚度为22ｍｍ