《水电站》作业答案及评分标准

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1、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′(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

2、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′1.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）。图1混流式水轮机沿主轴剖面图6′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

3、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。水轮机型号部件名称混流式轴流式水斗式转轮构造特征（占5分，每小点1分。错答不答扣1分，扣完为止）1.转轮由上冠、叶片、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1.转轮叶片是沿轮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1.由轮盘及沿轮盘圆周均匀分布的斗勺形轮叶（即水斗）组成。轮叶的正面

4、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。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，扣完为止）多采用金属蜗壳，蜗壳包角一般为＝多采用混凝土蜗壳，蜗壳包角一般为＝高压水流通过压力钢管经喷嘴形成高速射流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）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

5、溅到转轮上方或轮叶背面造成附加损失泄水部件构造特征（占1分，每小点0.5分。错答不答扣0.5分，扣完为止）由泄水锥和尾水管完成泄水由泄水锥和尾水管完成泄水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。（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）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（1-1）0.5′2-2断面单位水能（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

6、中所获得的单位能量为：（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（1-4）0.5′由2-2断面至5-5断面的伯努力方程（1-5）0.5′从而可得（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(1-7)1′于是可得尾水管所回收的转轮出口余能(1-8)1′比较式1-6和式1-8可得(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

7、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