《水电站》作业答案及评分标准

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1、《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????轴流式?轴流定浆式????轴流转浆式?????斜流式?反击式??全贯流式?????水轮机??伸缩式?贯流式????半贯流式??竖井式????灯泡式?????????水斗式（切击式）??冲击式?斜击式??双击式???(4)水轮机按能量转换

2、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

3、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）。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

4、答只要涵盖参考答案基本内容即可得分，不要求完全一致。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??P?（1-1）0.5′2-2断面单位水能E2A?H2????2V222g（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??2V222g)（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E2B?H2?P2???2

5、V222g（1-4）0.5′由2-2断面至5-5断面的伯努力方程H2?P2???2V222g?P????5V522g??h2?5（1-5）0.5′从而可得P2??P???H2?(?2V22?5V522g?2g??h2?5)（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?(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?E?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

6、。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

7、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

8、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?5V522g??h2?5)(1-7)1′?2V22?5V522g?2g??h2?5)(1-8)1′P???P2?(1-9)0.5′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