水电站复习重点概要.docx

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水电站复习重点概要

机密等级：

★★

06级水利水电工程专业《水电站》复习重点

名词解释

1.设计保证率：

水电站的设计保证率是指水电站正常发电的保证程度。

一般用正常发电总时段与计算期总时段壁纸的百分数表示。

2.★保证出力：

指水电站相应于设计保证率的枯水时段发电的平均出力。

3.★多点平均发电量：

水电站隔年发电量的平均值。

4.★最优工况：

即效率最高工矿，水轮机达到运行效率最高时的工况。

在水轮机模型综合特性曲线上最内图等效率曲线中面积的集合中心效率最高。

该店相应的工况即为最优工况。

5.限制工况：

用于限制水轮机在增大流量是，由于效率过低反而会发生出力下降的情况，或是限制影响最大出力的因素所规定的相应工况。

6.吸出高：

水轮机的吸出高Hs。

从理论上讲应是转轮中压力最低位置到下游面得垂直高度，但在不同工况时次压力最低位置亦有所不同。

7.★单位参数：

通常采用将模型试验的成果都化为D1m=1m,H1m=1m标准情况下的参数，次参数称为单位参数。

分别用　　　　表示。

8.比转速：

水轮机在工作水头H=1m，出力N=1kw是所具有的转速称为水轮机的比转速。

9.自动调节渠道：

渠道的流量和水位随着水电站负荷的变化而自动变化。

10.非自动调节渠道：

为了有效的控制渠道末端的水位，在渠道末端的压力前池处设置了溢流堰，这样的渠道称为非自动调节渠道。

11.★水击：

在水电站中，由于负荷的突然变化，因此而骤然启闭水轮机导叶和阀门，将导致管内水流流速的变化，与此同时水流动量也将发生相应的变化，从而使内水压力急剧升高或降低，这种现象叫水击。

12.★调节保证计算：

水轮发电机组负荷在较大范围内突然变化的情况下，考虑到调速器的影响以进行限制水击压力和机组转速变化值的计算。

13.直接水击：

设阀门的关闭时间为Ts,当Ts<=2l/a时，也就是反响波尚未达到阀门A断面或刚刚到达还未及影响A断面的压力时，阀门已经关闭终止，此时阀门处的水击压力达到最大值，这种水击称为直接水击。

14.间接水击：

当阀门关闭时间Ts>2l/a时，也就是反响波到达阀门断面并发生在反射时，阀门的关闭尚未终止，此时阀门A断面处的水击压力受到反响波的影响，其数值小于直接水击压力，这种现象称为间接水击。

水击的相长：

水击波在管道中传播一个来回所用的时间。

15.抽水蓄能电站：

是一种控制系统，由多余电能，在电气系统中起调峰作用的电站，包括抽水蓄能和放水发电两个过程：

系统负荷低时，将下库水抽到上库（电动机+水泵）；系统负荷高时，将水库的水放出发电（水轮机+发电机）。

填空

1.确定Ny（装机容量）的简化方法：

年利用小时数法、保证出力倍比法、套用定型机组法。

2.水电站按其开发方式的不同分为：

坝式水电站、引水式水电站和混合式水电站

3.反击式水轮机按转轮区的水流相对于水轮机主轴的方向的不同，可分为混流式，轴流式，斜流式和贯流式。

4.有压进水口的形式有河岸式进水口（隧洞式，压力墙式，塔式）坝式进水口。

5.压力水管的供水方式有：

单元供水，联合供水，分组供水。

6.压力水管引入厂房的方式：

正向引进，纵向引进，斜向引进。

7.常用分岔管的类型：

三梁岔管，月牙肋岔管，贴边式岔管，球形岔管，无梁岔管。

8.水电站进水钢管上安装的阀门有：

平板阀，蝴蝶阀，球形阀，筒形阀。

9.水轮机利用水流能量的不同分为：

同时利用水流动能和势能的称为反击式水轮机，利用水流动能的称为冲击式水轮机。

10.调压室的布置方式：

上游，尾水，上下游双调，上游双调以及其他布置方式。

11.调压室的结构形式：

简单圆筒，阻抗，双室式，溢流式，差动式，气垫式，组合式。

12.水电站厂区的建筑物组成：

主厂房，副厂房，主变压器场，高压开关站。

13.水电站主副厂房安装的设备按性质和作用分为：

水电站机组设备，水电站电器设备，水电站机械设备，厂房辅助设备。

14.水轮机的机墩常用：

圆筒式，环梁立柱式，框架式，矮机墩式。

15.水轮发电机一般有：

定子外露式，定子埋入式，上机架埋入式。

简答、计算、设计

1.各类水电站的特点及其适用范围。

答：

（1）坝式水电站：

在河道上修建拦河大坝抬高上游水位以集中落差，并形成水库调节流量。

这种水电站适宜建在流量较大，坡度较小的山谷河段上，可分为坝后式和河床式水电站两种。

坝后式水电站的主要特点是厂房布置在紧靠大坝下游。

河床式水电站的厂房布置在河床中作为坝的一部分，有挡水作用。

（2）引水式水电站：

筑一低坝取水，采用人工修建的引水建筑物（明渠，隧洞，管道等）引水集中落差以发电，这种水电站适用于河道陡峻，水流湍急或有较大跃水和河湾的地方。

可分为无压引水式水电站和有压引水式水电站。

（3）混合式水电站：

水电站的水头是由筑坝和修建压力管道共同形成的，该类水电站适宜修建在河段的上游地势平坦宜于修筑高坝形成大库。

下游坡度较陡有较大河湾而又宜于采用压力引水道集中落差的地方。

2．★组成反击式水轮的五大部件，各部件的重要零件及其作用。

答：

（1）引水部件（蜗壳，座环）将水流引入转轮前的导水机构并形成一定的旋转量

（2）导水部件（导叶及其传动机构）引导水流按一定方向进入转轮，并通过改变导叶开度来改变流量调整出力，此外还可用来截断水流以便进行检修与调相运行，开停机。

（3）工作部件（转轮）将水流能量转变为旋转机械能。

（4）泄水部件（尾水管）回收转轮出口水流中的剩余能量。

（5）非过流部件（主轴，润滑，密封）将转轮机械能传递给发电机转子

3．★反击式和冲击式水轮机各是如何调节流量的？

调节流量的目的是什么？

答：

反击式水轮机通过改变导叶开度来改变流量，冲击式水轮机通过改变喷针行程来改变流量调节流量的目的：

通过调节进入水轮机的流量来改变水轮机的出力，随着机组负荷的变化，水轮机相应地改变导叶的开度（或喷针行程），使机组转速即供电频率恢复或保持在允许范围内，并在机组之间进行负荷分配达到经济合理的运行。

4．如何确定限制工况。

答：

绘一条5%出力限制线，过最优工况的单位转速的平线与5%出力限制线的交点即为限制工况点，有时受气蚀条件的限制，做法相同。

5．★规划设计阶段如何简单估算水电站的出力以及年发电量？

用什么方法确定N保和E年？

答：

在初步估算出力时应用简化公式为N=KQH一般大一型可选用系数K=8.0~8.5中型水电站K=7~7.5小型水电站K=6~6.5年发电量用公式E=0.0027WHη计算。

N保由水电站出力历时曲线N~P曲线选用的P设对应求偶

E年先将应用的水文系统分微弱跟时段，然后按照天然涞水和用水进行水库调节计算水能计算，得出逐年的发电量，再求其平均值便可得出多年平均发电量。

6．小型水电站转机容量的组成

答：

N装=N必须+N季节=N工+N备用+N季节=NI+N检修+N负荷+N季节+N事故

7．水轮机的安装高程的确定

一、反击式水轮机的安装高程

立轴混流式水轮机：

Z=▽W+HS+b0/2

式中DW为水电站设计最低水位b0为水轮机导叶开度

轴流式水轮机：

Z=▽W+HS+XD1

式中X为轴流式水轮机高度系数一般X=0.41

卧轴混流式水轮机：

Z=▽W+HS-D1/2

二、水斗式水轮机的安装高程：

对立轴水斗式水轮机安装高程规定为射流中心线高程：

Z=▽W+HP

卧立轴中心线：

Z=HP+D1/2

式中hP为排水高度一般可取为（1~1.5）D1▽W为下游水位应选下游设计最高水位。

8．水轮机的基本方程式如何表述，方程式说明水轮机做功的原理（能量转换的实质）是什么？

答：

水轮机的基本方程式：

HηT=（U1V1cosα1-U2V2cosα2）/g

水轮机的基本方程式实质上是一个由水流能量转化为旋转机械能的能量平衡方程式。

9．○引入单位参数和比转速的原因

答：

①由于各实验单位的条件和要求不同，所采取的DM和HM也不一样，因此得出的模型参数就不便于应用而且也不便于在不同机型之间进行比较，为此，引入单位参数。

②为了得到一个能综合反映水轮机性能的单位参数，引入比转速。

10．●水轮机的主要综合特性曲线与运转综合特性曲线有什么联系和区别。

答：

联系：

它们是反映三个以上参数关系的综合性曲线，运转综合特性曲线是由模型综合特性曲线通过换算和效率修正后绘制而来。

区别：

①来源不同：

综合特性曲线来源于模型，运转综合特性曲线来源于模型。

②坐标不同：

综合特性曲线横纵坐标分别为Q1’和n1’，运转综合特性曲线N、H

③代表性不同：

模型曲线代表一系列水轮机的特性而原型代表一个特定的水轮机的特性。

④用途不同：

模型曲线用于水轮机的分类制造，运转综合特性曲线供水电站工员人员参考。

11．●水轮机选择的主要工作内容是什么？

答：

①机组台数和单机容量；②水轮机的型号和装置方式；③水轮机的直径及转速；④水轮机的吸出高与安装高程；⑤蜗壳及尾水管的型式及主要尺寸；⑥绘制水轮机的工作及运转特性曲线；⑦选择调速器的运行装置及油压装置；⑧选择水轮机的配水轮发电机并估算其各部分尺寸和相关参数。

12．○自动调节和非自动调节渠道的特点及其适应范围。

答：

①特点：

渠道堤顶高程沿渠长不变，而且高出渠道内的最高水位。

适应范围：

在渠道较短，地面坡度较小，进口水位变化不大，而且下游没有灌溉给水或下一级电站用水的情况下，采用自动调节渠道较适宜。

②特点：

渠顶大致与渠道底坡相同。

适宜范围：

在渠道较长时，宜采用非自动调节渠道。

13．水电站的有压进水口的位置和高程如何确定？

答：

位置

原则：

水流平顺、对称、不发生回流和漩涡，不聚集污物、泄洪时人能正常进水、进水口后接压力隧洞、应与洞线布置协调一致、选择地形及地质、水流条件均较好的位置。

高程

原则：

进水口顶部高程应低于最低的水压，并有一定的淹没深度。

底部高程应高于淤沙高程。

顶部高程：

以不出现吸气漩涡为原则（带入空气、吸入漂浮物影响正常发电）

S临界=CVd.d—闸门净高（m）V—闸门断面流速（m/s）

C—经验系数0.55~0.73S—闸门顶最低死水位的临界淹没深度

底部高程：

进水口的底部高程通常在水库**（两字不认识）淤沙高程以上0.5~1.0m.当没有冲沙设备的。

应根据排沙情况而定。

14．露天钢管的直径和壁厚如何计算

答：

（1）直径（m）.（经验公式法）。

Qmax：

压力水管的最大设计流量（m3/s）；H：

设计水头（m）

（2）壁厚（cm）

15．●判断坝内式钢管外围混凝土开裂情况

φ=r4/r5，φ<=r0/r5时说明为开裂，φ>=1时说明混凝土已开裂

r0/r5<φ<1时，说明混凝土开裂但为裂穿，其开裂深度为r4=4r5

φ：

混凝土开裂深度相对值r4：

混凝土开裂区的内半径

r5：

混凝土圈的外半径r0：

钢管的内半径

16．○直接水击的表示及计算：

水击的相长：

周期：

T=2tr=

17.○说明阀门断面的发射系数与反射规律

反射系数是反射波与入射波的比值，对于任意时刻t的反射系数Rt为

反射规律：

当

>1时,rt<0.阀门处为异号反射

<1时,rt>0阀门处为同号反射

=0时,rt=1阀门处为同号等值反射

=1时rt=0阀门处为不进行反射

18.○说明首相水击、末相水击各是如何进行判断和解析计算的，各自的计算公式

由公式可以判断即

当h1=hmax即最大水击压力出现在第一相长，称为首相水击

当hm=hmax即最大水击压力出现在阀门关闭的最后一末相。

称为末相水击

计算公式：

首相水击

末相水击

19.○怎样将复杂管路（串联或分岔管）的水击问题简化成简单管路进行水击计算？

串联管路：

简化计算的主要构思时把复杂的串联管路转化为一等价的简单管路求解。

转换后的等价管路与原管路比较必须满足以下条件：

1、管路总长不变2、水击传播的相长不变3、管路中水击的动能不变

分岔管：

采用简化方法式截肢法，即选取总长最大的一根支管并将其余支管截去使其构成串联管路，然后将此串联管路转化为等价的简单管路。

20.●调压室的设置条件

在重复估算时，利用公式

（此处H0为最小静水头）作为设置调压室的判断条件。

目前随着机组的制造水平的提高，我国一些水电站的设计中已采取

因此，

可酌情将

比值提高到40左右

21.○说明调节保证计算的标准

说明调节保证计算的标准是指水击压力和转速变化在经济技术上合理的允许值。

水击压力计算标准

对于丢弃负荷情况

当h0<40m，hmax=0.5~0.7

h0=40~100m，hmax=0.3~0.5

h0>100m，hmax=0.3

h0>400m，hmax=0.15

当设置减压阀或折流板时，hmax=0.2，对于增加负荷时的负水击以压力水管顶部任何一点不出现负压并保持2m以上的系压为限。

2.转速变化计算标准

对于丢弃负荷情况

丢弃100%，βmax=0.5~0.6

丢弃75%，β=0.65βmax

丢弃50%，β=0.45βmax

丢弃25%，β=0.25βmax

对于增加负荷情况，考虑到转速不可能有大的变化，通常可以不计算。

22．●如何用解析法确定简单圆筒形调压室的最高最低水压。

答：

（1）最高水压的确定

上游水压最高时甩全部负荷，由式X0=—ln（1+Xmax）+Xmax通过计算求得Xmax。

也可有图6—6的曲线A。

根据已知的X0查得，并计算出Zmax=SXmax。

（2）最低水压的确定

最低水压有两种可能的情况

甩负荷时的第二振幅Z2=X2*S（其中X2可通过式Xmax+ln（1—Xmax）=ln（1-X2）+X2试算求得，也可通过图解求得。

增加负荷时候的Zmin可通过Zmin/hw0=1+

）求得。

最后娶|Z2|和|Zmin|中的小值为最低水位。

23．○如何确定圆筒调压室的水压波动稳定的断面面积。

答：

为了保证大波动的稳定，一般调压室的设计断面均大于临界断面FK.

FK=LF/2αghK.在初步设计阶段可采用F=（1.2~1.3）FK

24.立轴水轮发电机以什么区分为伞式和悬式两大类？

其各自的构造特点是什么？

答：

推力轴承可支承在发电机的上机架和下机架上，按其支撑方式不同水轮发电机可分为悬式和伞式两大类。

悬式发电机的构造特点是将推力轴承设在转子之上的上机架上面；伞式发电机的构造特点是将推力轴承设在下机架上面。

25.主厂房上、下部结构的划分？

一二期砼的划分及各包括哪些内容？

答：

（1）主厂房以发电机层楼板界面为界，划分上下部结构；

（2）厂房砼的分期：

分期的目的：

所谓一、二期砼是指由机组安装要求划定的前期和后期浇筑的混凝土。

一起混凝土：

底板、尾水管、尾水闸墩、尾水平台砼蜗壳外的砼、上下游边墙、厂房构架、吊车梁部分楼板等。

在施工时先期浇筑，以便利用吊车进行机组安装。

二期混凝土：

为了机组安装和埋件需要预留的，要等到机组和有关设备到货后，尾水管圆锥钢板内衬和金属蜗壳安装完毕后，再进行浇筑。

二期砼包括金属蜗壳外的部分砼、尾水管直锥段外包砼、机座、发电机风置外壁、部分楼层的楼板

26.如何为水电站选择合适的起吊设备？

答：

（1）起重量：

他主要取决于需要吊运的最重部件，一般是带轴的发电机转子。

（2）跨度：

桥吊的跨度要与主厂房下部块体结构的尺寸相适应。

27.★厂房设计时对安装间的面积如何控制？

答：

安装间的面积课按一台机组扩大性检修所需要的场地来控制。

一般考虑布置四大部件。

即发电机转子，发电机上机架，水轮机转轮，水轮机顶盖。

发电机转子和水轮机转轮周围要留有1~2m的工作场地。

在缺乏货料时，安装间的长度可取1.25~1.5倍的机组段长。

多机组电站，安装间面积可根据需要增大或加设副安装间。

28.对水电站引水渠进行非恒定流计算的原因和作用.

答：

原因是计算水电站在突然丢弃负荷和增加负荷时，压力前池及渠道沿线产生的最高涌波和最低落坡水位。

从而确定前池墙顶和压力前池进水口高程。

对非自动调节渠道，由于溢流堰限制了涌波的水位升高，由此可只计算落水波所引起的压力前池最低水位。

29.压力水管中附设通气孔，通气孔的作用原理。

答：

通气孔的作用是为了以便在充水时排气，还可在工作闸门紧急关闭时补气，以防止管壁在内部出现真空时失稳。

30.水电站进水钢管上的附件有哪些、各自的作用是什么？

答：

（1）伸缩节，消除温度应力且适应少量的不均匀沉陷；

（2）通气阀，当阀门紧急关闭时向管内充气，以消除管中负压，水管充气时，排出管中空气；

（3）进入孔，检修钢管；

（4）旁通管及旁通阀，在进水阀开启前向阀后的蜗壳及钢管冲水，供阀门平压后在静水中开启；

（5）排水管及排水阀，在检修水管时，用于排除管中的积水和渗漏水。

31.水电站压力钢管进水口处应设置哪些阀门，其相应位置、作用、布置方式及应用要求是什么？

答：

水电站压力钢管进水口处应设置检修门及事故门，检修门在事故门前，事故门的作用是当水电站发生事故是用来紧急截断水流、防止事故扩大，布置方式是一口一门一机，要求在动水中快速关闭，在静水中关闭；检修门是当检修事故门时，作为临时挡水用的，多口共用一门，要求在静水中启用。

32.隧洞式钢管外压失稳的原因及防止外压失稳的措施。

答：

（1）、钢衬所承受的外压力值远大于大气压力，外压力种类：

①内部放空时的外部水压力②砼与钢衬之间的接缝灌浆压力③回填混凝土时的流态压力

（2）措施：

①降低地下水位，在钢衬固壁上设置排水孔，更能直接降低外水压力，但必须保证排水管可靠工作并宜于检修②做好钢衬与外围混凝土之间的接缝灌浆，减小施工缝隙③严格控制流态混凝土每次的浇筑高度，使其不超过钢衬的稳定要求，否者可在钢衬内部假设临时支撑。

33.★为什么抽水蓄能电站的厂房多采用地下厂房？

答：

由于抽水蓄能电站水泵水轮机由水泵工况控制，吸出高常为负值，而且绝对值很大，致使水泵水轮机的安装高程很低，所以抽水蓄能电站的厂房多采用地下厂房。

34.★？

答：

机组停机时制动、调相压水、带充气、、风动工具吹扫