《水电站》作业答案及评分标准.docx
- 文档编号:1608171
- 上传时间:2022-10-23
- 格式:DOCX
- 页数:24
- 大小:70.75KB
《水电站》作业答案及评分标准.docx
《《水电站》作业答案及评分标准.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《《水电站》作业答案及评分标准.docx(24页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
《水电站》作业答案及评分标准
第一次作业
1.论述水轮机的基本类型和分类方法
(1) 实际水流利用条件千差万别,各种形式的水轮机可以最大限度的利用水能。
1′
(2) 水轮机可按能量利用特征、水流特征、转轮结构特征分类。
1′
(3) 水轮机的主要类型可以归纳如下:
4′
⎧⎧混流式
⎪⎪
⎨
⎪⎪
⎧全贯流式
⎪
水轮机 ⎨
⎪
⎪
⎪⎪
⎪
⎪⎧水斗式(切击式)
⎪⎪
⎪冲击式斜击式
⎩⎩
(4) 水轮机按能量转换特征分为两类,为反击式和冲击式:
反击式水轮机既利用水流的动能也利用水流的势能;
冲击式水轮机只利用水流的动能。
a.反击式水轮机按转轮区内水流相对于主轴流动方向的不同可分为:
混流式(水流辐向进,轴向出);
轴流式(水流轴向进,轴向出);
斜流式(水流沿着与主轴成某一角度的方向流动);
贯流式(机组在流道中间,周围过水)。
其中:
轴流式水轮机根据其转轮叶片在运行中能否转动,可分为:
轴流定桨式和轴流转桨式.
贯流式水轮机根据其发电机装置形式的不同,可分为:
全贯流式和半贯流式。
b.冲击式水轮机按射流冲击转轮的方式不同可分为:
水斗式、斜击式和双击式三种。
2′
(5) 各种水轮机的适用水头不一样。
水斗式水轮机的适用水头约为
300~1700m,混流式水轮机约为 20~700m,轴流式水轮机约为 3~80m,
斜流式水轮机约为 40~200m,贯流式水轮机约为 1~25m。
2′
2.绘出混流式水轮机的示意图(沿主轴剖面图及沿蜗壳中心线平面图,图中
应标明其主要部件的名称)。
蜗壳
座环
顶盖
泄水锥 导叶
叶片下环
尾水管
图 1 混流式水轮机沿主轴剖面图6′
壳蜗
导叶
座环
图 2 混流式水轮机沿蜗壳中心线平面图4′
3.比较混流式、轴流式和水斗式水轮机各主要部件的特征.
评分标准:
本题中前四种部件是主要方面,学生作答只要涵盖参考答案基本内容即可得
分,不要求完全一致。
水轮机
型号
混流式 轴流式 水斗式
部件名称
1. 转轮由上冠、叶片、 1. 转轮叶片是沿轮
1.由轮盘及沿轮盘圆
转轮构造特征
(占 5 分,每小点
1 分。
错答不答扣
1 分,扣完为止)
下环、止漏环、和
泄水锥这五个部分
组成
2. 转轮叶片沿圆周均
匀分布的固定于上
冠和下环之间的若
干个扭曲面体,断
面形状为翼形
毂四周径向均匀
分布的略有扭曲
的翼形曲面体,
其内侧弧线短,
曲度和厚度较大,
外侧弧线长较薄
而平整。
2. 定桨式转轮的叶
周均匀分布的斗勺形
轮叶(即水斗)组成。
轮叶的正面由两个半
勺形的内表面和略带
斜向的出水边组成,
中间由分水刃分开,
射流束的中线与分水
刃重合。
片固定在轮毂上,
转桨式转轮的叶
片用球面法兰与
轮毂连接
进水部件构造特征
(占 1 分,每小点
0.5 分。
错答不答
扣 0.5 分,扣完为
多采用金属蜗壳,蜗
壳包角一般为
ϕ0 = 345o
多采用混凝土蜗壳,
蜗壳包角一般为
ϕ0 =180o
高压水流通过压力钢
管经喷嘴形成高速射
流
止)
调节流量机构构造
特征
(占 2 分,每小点
0.5 分。
错答不答
扣 0.5 分,扣完为
止)
泄水部件构造特征
(占 1 分,每小点
0.5 分。
错答不答
扣 0.5 分,扣完为
止)
1.通过导水机构进行流
量调节
2.导水机构由导叶及其
操作机构组成
由泄水锥和尾水管完
成泄水
通过调速器调节叶片
转动与导叶转动来调
节流量达到最优工况
由泄水锥和尾水管完
成泄水
1. 通过喷嘴和喷针
构成的针阀来实
现流量调节
2. 喷嘴前装有折流
板,用来防止突
弃负荷时发生转
轮飞逸
3. 机壳内右下侧设
置了导流板,防
止水流随转轮飞
溅到转轮上方或
轮叶背面造成附
加损失
1. 通过尾水槽泄水、
2. 机壳使作完功的
水流流畅地排至
下游
其它
(占 1 分,只要内
容不错即可得分,
错答不答扣 0.5 分,
扣完为止)
通过座环传力 主要由外围混凝土支
撑
机壳内压力与大气压
相当。
机壳也用来支
撑水轮机轴承。
第二次作业
1. 试分析尾水管的工作原理,推导尾水管回收的能量表达式。
图 1 无尾水管图 2 有尾水管
如图 1 所示
对于无尾水管的情况:
1-1 断面单位水能
E1 = H1 +
P
γ
(1-1) 0.5′
2-2 断面单位水能
γ 2g
(1-2) 0.5′
将式 1-2 代入 1-1 可得无尾水管水轮机转轮从水中所获得的单位能量为:
EA = E1 - E2A = H1 - (H2 +
α2V22
2g
)
(1-3) 1′
如图 2 所示
对于有尾水管的情况:
2-2 断面单位水能
P
γ
α2V22
2g
(1-4) 0.5
′
由 2-2 断面至 5-5 断面的伯努力方程
H2 + +
P
γ
α2V22
2g
γ 2g
(1-5) 0.5′
从而可得
P
γ
P
γ
2g 2g
(1-6) 0.5
′
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 - (
α5V52
2g
+ ∆h2-5 )
(1-7) 1′
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
2g 2g
(1-8) 1′
∆E = -
P
γ
(1-9) 0.5′
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:
- -σH
HS ≤
pa
γ
pB
γ
(3-1 )
式中:
papB
γ 指水轮机安装位置的大气压; γ 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 -
∇
900
-σm
() + ∆σ
H
(3-2)
或
Hs ≤ 10 -
∇
900
- Kδσ m H
(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; δ m 是模型气蚀参数,各种工况的 δ m 值可从该型号水轮机
的模型综合特性曲线中查取; ∆δ 是气蚀系数的修正值,可根据设计水
头 H r 由图查取; Kδ 是气蚀系数的安全系数,一般可取 Kδ =1.1~1.35;
H
指水轮机水头,一般可取为设计水头 H r 。
4′
2、不同机组安装高程的确定方法:
立轴混流式:
安装高程为导叶中心线位置,
Zs = ∇w + Hs + b0 / 2
∇w 是设计尾水位,m; b0 是导叶高度,m;
立轴轴流式:
安装高程为导叶中心线位置,
Zs = ∇w + Hs + xD1
(3-4)
(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;
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
水斗式水轮机:
立轴:
安装高程为喷嘴中心线位置,
Zs = ∇wm + hp
卧轴:
安装高程为主轴中心线位置,
Zs = ∇wm + hp + D1 / 2
∇wm 是最高尾水位,m。
(3-6)
(3-7)
(3-8)
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
HP
HP0
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')
HS
HS0
Z1
Z2
n0
n
a0
a
(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
ξ = Φ + φ
v - v0 = -
1
2ρ
[Φ - φ ]
式中, Φ 和φ 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:
ν = τ 1+ ξ ,当 ξ ≤ 0.5 时,可近似地取
ν ≈ τ (1+ ξ / 2) 。
在入射波未到达的时刻, ξ0 = 0,υ0 = τ 0 。
代入得:
v - v0 = τ 0 (1+ ξ / 2) -τ 0 = τ 0ξ / 2
依据基本方程得:
(Φ + φ ) = -
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 水电站 作业 答案 评分标准