長(zhǎng)沙理工大學(xué)水力機(jī)械考試題庫(kù)

長(zhǎng)沙理工大學(xué)水力機(jī)械考試題庫(kù)第一章1、水輪機(jī)根據(jù)能量轉(zhuǎn)換特征分為哪幾類(lèi)？反擊式水輪機(jī)及沖擊式水輪機(jī)又是如何分類(lèi)的？答：完全利用水流動(dòng)能工作的水輪機(jī)稱(chēng)為沖擊式水輪機(jī)；同時(shí)利用水流動(dòng)能和勢(shì)能工作的水輪機(jī)稱(chēng)為反擊式水輪機(jī)。反擊式水輪機(jī)按轉(zhuǎn)輪區(qū)水流相對(duì)于主軸的方向不同又可分為混流式、軸流式（軸流定漿式和軸流轉(zhuǎn)漿式）、斜流式和貫流式水輪機(jī)（全貫流式和半貫流式，其中半貫流式又細(xì)化為燈泡式、軸伸式和貫流式）；沖擊式水輪機(jī)按射流沖擊轉(zhuǎn)輪的方式不同又可分為水斗式、斜擊式和雙擊式三種。2、試說(shuō)明各型水輪機(jī)的特點(diǎn)及其應(yīng)用范圍？答：反擊式水輪機(jī)：（1）混流式水輪機(jī)：水流流經(jīng)轉(zhuǎn)輪時(shí)，以輻向從四周進(jìn)入轉(zhuǎn)輪而以軸向流出轉(zhuǎn)輪，故稱(chēng)為混流式水輪機(jī)。這種水輪機(jī)的適用水頭范圍為30?700m,由于其適用水頭范圍廣，而且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，運(yùn)行穩(wěn)定，效率高，所以是現(xiàn)代應(yīng)用最廣泛的一種水輪機(jī)。（2）軸流式水輪機(jī)：這種水輪機(jī)的水流在進(jìn)入轉(zhuǎn)輪之前，流向已經(jīng)變得與水輪機(jī)主軸中心線平行，因此水流在經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)輪時(shí)沿軸向進(jìn)入而又依軸向流出，所以稱(chēng)為軸流式水輪機(jī)。軸流式水輪機(jī)按其葉片在運(yùn)行中能否轉(zhuǎn)動(dòng)的情況又分為定槳式和轉(zhuǎn)槳式兩種：軸流定槳式水輪機(jī)在運(yùn)行時(shí)其葉片是固定不動(dòng)的，因而其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但當(dāng)水頭和流量變化時(shí)，其效率相差較大，所以多應(yīng)用在負(fù)荷變化不大，水頭和流量比較固定的小型水電站上，其適用水頭范圍一般為3?50m；軸流轉(zhuǎn)槳式水輪機(jī)在運(yùn)行時(shí)轉(zhuǎn)輪的葉片是可以轉(zhuǎn)動(dòng)的，并和導(dǎo)葉保持一定的協(xié)調(diào)關(guān)系，以適應(yīng)水頭和流量的變化，使水輪機(jī)在不同工況下都能保持有較高的效率，因此軸流轉(zhuǎn)槳式水輪機(jī)多應(yīng)用在大中型水電站上，其應(yīng)用水頭范圍為3?80m。(3)斜流式水輪機(jī)：水流流經(jīng)轉(zhuǎn)輪時(shí)傾斜于軸向，故稱(chēng)為斜流式水輪機(jī)。這種水輪機(jī)的葉片也是可以轉(zhuǎn)動(dòng)的，葉片的軸線與主軸軸線斜交，因而與軸流轉(zhuǎn)槳式水輪機(jī)相比較就能裝置較多的葉片。適用水頭范圍有所提高，一般為40?120m。(4)貫流式水輪機(jī)：當(dāng)軸流式水輪機(jī)的主軸裝置成水平或傾斜，而且不設(shè)置蝸殼，使水流直貫轉(zhuǎn)輪，這種水輪機(jī)稱(chēng)為貫流式水輪機(jī)，它是開(kāi)發(fā)低水頭水力資源的新型機(jī)組。適用于水頭小于20m的情況。沖擊式水輪機(jī)：(1)水斗式水輪機(jī)：其特點(diǎn)是由噴嘴出來(lái)的射流沿四周切線方向沖擊轉(zhuǎn)輪上的水斗而作功。適用水頭范圍為100?2000m。(2)斜擊式水輪機(jī)：其特點(diǎn)是由噴嘴出來(lái)的射流，是沿著與轉(zhuǎn)輪平面成某一a角(約為22.5deg;)的方向沖擊轉(zhuǎn)輪。實(shí)用水頭范圍為25?300m。(3)雙擊式水輪機(jī)：其特點(diǎn)是由噴嘴出來(lái)的射流首先從轉(zhuǎn)輪外緣沖擊葉片，接著水流又自內(nèi)緣再一次沖擊葉片。適用水頭范圍為5?80m。注：斜擊式和雙擊式水輪機(jī)構(gòu)造簡(jiǎn)單，但效率較低，因而多用于小型水電站。水斗式水輪機(jī)效率高，工作穩(wěn)定，適用水頭范圍廣，因而是現(xiàn)代最常用的一種沖擊式水輪機(jī)。3、水輪機(jī)型號(hào)由哪幾部分組成，各代號(hào)的含義？舉兩個(gè)實(shí)例說(shuō)明！余下全文答：水輪機(jī)規(guī)定型號(hào)由以下三部分組成，各部分之間用一短橫線分開(kāi)：第一部分是由兩個(gè)漢語(yǔ)拼音字母和阿拉伯?dāng)?shù)字組成，前者代表水輪機(jī)型式，后者是轉(zhuǎn)輪型號(hào)(用比轉(zhuǎn)速表示)。第二部分是由水輪機(jī)主軸布置型式與進(jìn)水設(shè)備特征的代表符號(hào)組成，這些符號(hào)也都采用漢語(yǔ)拼音表示。第三部分是水輪機(jī)的標(biāo)稱(chēng)直徑D1（以cm為單位）和其他必要的指標(biāo)組成。對(duì)水斗式水輪機(jī)，型號(hào)的第三部分規(guī)定按下列方式表示：水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪的標(biāo)稱(chēng)直徑/（作用在每一轉(zhuǎn)輪上的噴嘴數(shù)目?jī)瓷淞髦睆剑└餍退啓C(jī)轉(zhuǎn)輪的標(biāo)稱(chēng)直徑規(guī)定如下：對(duì)混流式水輪機(jī)是指轉(zhuǎn)輪葉片進(jìn)口邊上最大直徑；對(duì)斜流式水輪機(jī)和軸流式水輪機(jī)是指與轉(zhuǎn)輪葉片軸心線相交處的轉(zhuǎn)輪室內(nèi)徑；對(duì)水斗式水輪機(jī)是指轉(zhuǎn)輪與射流中心線相切處的節(jié)圓直徑。舉例如下：HL220-LJ-550，表示混流式水輪機(jī)，轉(zhuǎn)輪型號(hào)（比轉(zhuǎn)速）為220，立軸，金屬蝸殼，轉(zhuǎn)輪直徑為550cm；ZZ560-LH-800，表示軸流轉(zhuǎn)槳式水輪機(jī)，轉(zhuǎn)輪型號(hào)為560，立軸，商品混凝土蝸殼，轉(zhuǎn)輪直徑為800cm。4、反擊式水輪機(jī)引水機(jī)構(gòu)的構(gòu)造及各部件的作用是什么？答：反擊式水輪機(jī)引水機(jī)構(gòu)主要包括蝸殼以及座環(huán)。蝸殼作用：使水流以較小的水頭損失均勻?qū)ΨQ(chēng)地流入轉(zhuǎn)輪。座環(huán)作用：加強(qiáng)蝸殼的剛度并傳遞上部結(jié)構(gòu)力。座環(huán)位于導(dǎo)葉的外圍，它是由上、下碟形環(huán)和中間若干立柱組成的整體鑄鋼件。座環(huán)頂部承受著發(fā)電機(jī)商品混凝土機(jī)墩及其傳來(lái)的荷載，外緣與蝸殼焊接，內(nèi)緣與頂蓋和底環(huán)相固定，這樣座環(huán)在整個(gè)水輪機(jī)中起著骨架作用，并把所承受的荷載傳遞到下部基礎(chǔ)上去。5、反擊式水輪機(jī)導(dǎo)水機(jī)構(gòu)的構(gòu)造，作用及其工作原理？答：反擊式水輪機(jī)導(dǎo)水機(jī)構(gòu)主要包括導(dǎo)葉及其傳動(dòng)機(jī)構(gòu)（包括轉(zhuǎn)臂、連桿和控制環(huán)等）。導(dǎo)水機(jī)構(gòu)的主要作用是根據(jù)機(jī)組負(fù)荷變化來(lái)調(diào)節(jié)水輪機(jī)的流量，以達(dá)到改變水輪機(jī)輸出功率的目的，并引導(dǎo)水流按必須的方向進(jìn)入轉(zhuǎn)輪，形成一定的速度矩。導(dǎo)葉均勻分布在轉(zhuǎn)輪的外圍，導(dǎo)葉可以隨其軸轉(zhuǎn)動(dòng)，改變導(dǎo)葉的開(kāi)度a0（相鄰兩導(dǎo)葉之間可以通過(guò)的最大圓柱體直徑），就可改變通過(guò)水輪機(jī)的流量。導(dǎo)葉的轉(zhuǎn)動(dòng)是通過(guò)其轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，每個(gè)導(dǎo)葉軸的上端穿過(guò)水輪機(jī)的頂蓋并用分半鍵與轉(zhuǎn)臂連成整體，轉(zhuǎn)臂通過(guò)連接板，剪斷銷(xiāo)釘和連桿與控制環(huán)相鉸接。當(dāng)接力器的油壓活塞移動(dòng)時(shí)，推拉桿帶動(dòng)控制環(huán)轉(zhuǎn)動(dòng)，使導(dǎo)葉的開(kāi)度a0亦隨之發(fā)生變化。6、試說(shuō)明混流式水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪及軸流式水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪的構(gòu)造及各組成部分的作用？答：（1）混流式水輪機(jī)的轉(zhuǎn)輪是由上冠，葉片，下環(huán)，止漏環(huán)及泄水錐等組成。上冠：減小作用在轉(zhuǎn)輪和頂蓋之間的軸向水壓力。泄水錐：用以引導(dǎo)水流順利地形成軸向流動(dòng)，以消除水流的撞擊和漩渦。葉片：隨其軸轉(zhuǎn)動(dòng)，改變通過(guò)水輪機(jī)的流量。泄水錐：使水流受到很大的阻力而不易通過(guò)，以達(dá)到減小漏水損失的目的。（2）軸流式水輪機(jī)的轉(zhuǎn)輪是由葉片和輪轂組成。葉片：像懸臂梁一樣承受著水流作用的巨大扭矩，改變水輪機(jī)的流量。輪轂：葉片的轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)裝在輪轂內(nèi)，外部連接著葉片，內(nèi)部安裝著葉片的轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)。7、試說(shuō)明沖擊式水輪機(jī)的構(gòu)造及其各組成部件的作用？答：沖擊式水輪機(jī)主要由噴管和轉(zhuǎn)輪組成。來(lái)自鋼管的高壓水流通過(guò)噴管端部的噴嘴變?yōu)榫哂懈咚俚淖杂缮淞?，此時(shí)射流內(nèi)的壓力為大氣壓力，而且在整個(gè)工作過(guò)程中都不發(fā)生變化。當(dāng)射流沖擊轉(zhuǎn)輪時(shí)，從進(jìn)入到離開(kāi)轉(zhuǎn)輪的過(guò)程中，其速度的大小和方向也都發(fā)生變化，因而將其動(dòng)能傳給轉(zhuǎn)輪，并形成旋轉(zhuǎn)力矩使轉(zhuǎn)輪轉(zhuǎn)動(dòng)。g一玄第一章：1、水輪機(jī)基本方程式的物理意義？答：上列方程式說(shuō)明了單位重量水流的有效出力和水流在轉(zhuǎn)輪進(jìn)、出口速度矩的改變相平衡，所以水流速度矩的變化是轉(zhuǎn)輪作功的依據(jù)。又是另一種形式的水輪機(jī)基本方程式，它明顯給出了水輪機(jī)有效水頭與速度三角形中各項(xiàng)速度之間的關(guān)系?？傊?，以上幾種形式的水輪機(jī)基本方程式都給出了單位重量水流的有效出力與轉(zhuǎn)輪進(jìn)出口水流運(yùn)動(dòng)參數(shù)之間的關(guān)系，它們實(shí)質(zhì)上也都表明了水流能量轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)機(jī)械能的平衡關(guān)系，可作為轉(zhuǎn)輪和葉片翼型設(shè)計(jì)的主要依據(jù)。2、水輪機(jī)最優(yōu)工況條件？為什么最優(yōu)工況條件下效率最高？答：（1）當(dāng)水輪機(jī)同時(shí)滿足beta;1=beta;e1和beta;2=90deg;的工況下工作時(shí)，則水流在轉(zhuǎn)輪進(jìn)口無(wú)撞擊損失、出口無(wú)渦流損失，此時(shí)水輪機(jī)的效率最高，所以將這一工況稱(chēng)為水輪機(jī)的最優(yōu)工況。（2）水輪機(jī)的運(yùn)行工況是經(jīng)常變動(dòng)的，當(dāng)在最優(yōu)工況運(yùn)行時(shí)，除效率最高外，而且運(yùn)行穩(wěn)定，汽蝕性能好。當(dāng)偏離最優(yōu)工況時(shí)，效率下降，汽蝕亦隨之加劇，甚至?xí)顾啓C(jī)的工作遭受破壞，因此必須對(duì)水輪機(jī)的運(yùn)行工況加以限制。3、尾水管的功用有哪些？動(dòng)力真空和靜力真空是如何形成的？答：（1）尾水管的功用：A、匯集轉(zhuǎn)輪出口的水流，并引導(dǎo)水流排至下游；B、當(dāng)Hs0時(shí)，以靜力真空的方式使水輪機(jī)完全利用了這一高度所具有的勢(shì)能；C、以動(dòng)力真空的方式使水輪機(jī)回收并利用了轉(zhuǎn)輪出口水流的大部分動(dòng)能。（2）在設(shè)有尾水管后，轉(zhuǎn)輪出口處形成了壓力降低，出現(xiàn)了真空現(xiàn)象，此真空值由兩部分組成：一部分由落差H2形成，稱(chēng)為靜力真空，H2也稱(chēng)為吸出高。另一部分是由尾水管進(jìn)、出口動(dòng)能差和扣除水頭損失所形成，稱(chēng)為動(dòng)力真空，它是通過(guò)圓錐形尾水管對(duì)水流的擴(kuò)散作用而形成的。4、水輪機(jī)的空化與空蝕是如何形成的？空蝕有哪些類(lèi)型？答：（1）當(dāng)壓力低于汽化壓力時(shí)水就空化，而放出大量的汽泡。這種汽泡在潰滅過(guò)程中，由于汽泡中心壓力發(fā)生周期性變化，使周?chē)乃髻|(zhì)點(diǎn)發(fā)生巨大的反復(fù)沖擊，對(duì)水輪機(jī)過(guò)流金屬表面產(chǎn)生汽蝕破壞作用的現(xiàn)象，稱(chēng)為水輪機(jī)的汽蝕（也稱(chēng)為水輪機(jī)的空蝕）。(2)翼型汽蝕、間隙汽蝕、空腔汽蝕、局部汽蝕。5、水輪機(jī)安裝高程是指什么高程？答：對(duì)立軸混流式和軸流式水輪機(jī)是指導(dǎo)葉中心平面高程；對(duì)臥軸混流式和貫流式水輪機(jī)是指主軸中心線高程。第二章：1、水輪機(jī)的相似條件和相似定律是什么？研究目的是什么？答：相似條件：主要是指其中的水流運(yùn)動(dòng)保持相似，包括幾何相似、運(yùn)動(dòng)相似和動(dòng)力相似。相似定律：如果兩個(gè)水輪機(jī)的工況相似，則轉(zhuǎn)輪中對(duì)應(yīng)點(diǎn)的水流速度三角形應(yīng)是相似的，這種相似常以該工況下的水頭、流量、轉(zhuǎn)速、出力和效率之間的關(guān)系來(lái)表示，這些參數(shù)之間的固定關(guān)系稱(chēng)之為水輪機(jī)的相似律(包括流量相似率、轉(zhuǎn)速相似率和出力相似率)。研究目的：研究相似水輪機(jī)運(yùn)行參數(shù)之間存在的相似規(guī)律，并確立這些參數(shù)之間換算關(guān)系的理論稱(chēng)為水輪機(jī)的相似理論，根據(jù)這一理論就可以把從模型試驗(yàn)所得出的數(shù)據(jù)換算到原型水輪機(jī)上去，從而得出原型水輪機(jī)的特性參數(shù)以及這些參數(shù)之間的關(guān)系。2、什么是水輪機(jī)的輪系、單位參數(shù)和比轉(zhuǎn)速？比轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)速、機(jī)組尺寸、氣蝕系數(shù)有什么關(guān)系？答：幾何相似是指兩個(gè)水輪機(jī)過(guò)流通道幾何形狀的所有對(duì)應(yīng)角相等，所有對(duì)應(yīng)尺寸成比例。對(duì)于保持有上述幾何相似大大小小的一套水輪機(jī)系列，簡(jiǎn)稱(chēng)為輪系。通常采用將模型試驗(yàn)的成果都化引為D1M=1m，HM=1m標(biāo)準(zhǔn)情況下的參數(shù)，此參數(shù)稱(chēng)為單位參數(shù)（單位參數(shù)有單位流量，單位流量和單位出力）。同一輪系中的水輪機(jī)，當(dāng)其工作水頭H=1m、出力N=1kw時(shí)所具有的的轉(zhuǎn)速稱(chēng)為比轉(zhuǎn)速。關(guān)系：在一定水頭下，提高比轉(zhuǎn)速時(shí)，水輪機(jī)的轉(zhuǎn)速增大，這可縮小機(jī)組尺寸，減輕機(jī)組重量和降低水電站的投資。但當(dāng)提高水輪機(jī)的比轉(zhuǎn)速時(shí)，其氣蝕系數(shù)亦隨之迅速增大，而增大了的汽蝕系數(shù)將會(huì)增大廠房的開(kāi)挖深度或減小水輪機(jī)的壽命。所以選擇水輪機(jī)時(shí)，其合理的比轉(zhuǎn)速應(yīng)通過(guò)動(dòng)能經(jīng)濟(jì)比較確定。3、水輪機(jī)的參數(shù)和特性曲線有哪些？模型綜合特性曲線的作用及其組成？答：（1）水輪機(jī)的參數(shù)包括結(jié)構(gòu)參數(shù)、工作參數(shù)和綜合參數(shù)。結(jié)構(gòu)參數(shù)有轉(zhuǎn)輪直徑D1、導(dǎo)葉高度b0、導(dǎo)葉開(kāi)度a0和葉片轉(zhuǎn)角等；工作參數(shù)有水頭H、流量Q、轉(zhuǎn)速n和吸出高Hs等；綜合參數(shù)有單位轉(zhuǎn)速、單位流量、軸功率、效率和汽蝕系數(shù)等。10水輪機(jī)的特性曲線包括線性特性曲線和綜合特性曲線兩大類(lèi)。（2）作用：模型水輪機(jī)的綜合特性曲線就給出了模型水輪機(jī)在所有運(yùn)行工況下導(dǎo)葉開(kāi)度a0、效率、汽蝕系數(shù)等的變化規(guī)律，亦即表示出模型水輪機(jī)的能量特性和汽蝕特性。組成：等開(kāi)度線、等效率線、5%出力限制線和等汽蝕系數(shù)線。第四章：1、水輪機(jī)選型設(shè)計(jì)中應(yīng)遵循哪些原則？工作的具體內(nèi)容有哪些?答：水輪機(jī)的選擇，在確定水輪機(jī)的型號(hào)和有關(guān)參數(shù)時(shí)，應(yīng)結(jié)合樞紐布置、工期安排以及水輪機(jī)的制造、運(yùn)輸、安裝和運(yùn)行維護(hù)等方面的因素，列出可能的水輪機(jī)待選方案，進(jìn)行各方案之間的動(dòng)能經(jīng)濟(jì)比較和綜合分析，力求選出技術(shù)上先進(jìn)可靠，經(jīng)濟(jì)上合理的水輪機(jī)。工作的具體內(nèi)容：（1）選擇水輪機(jī)發(fā)電機(jī)組的臺(tái)數(shù)和單機(jī)容量；（2）選擇水輪機(jī)的型號(hào)及裝置方式；（3）確定水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪的直徑及轉(zhuǎn)速；（4）確定水輪機(jī)的吸出高度及安裝高程；（5）繪制水輪機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)特性曲線；（6）確定蝸殼及尾水管的型式及主要尺寸；11（7）選擇調(diào)速器及油壓裝置；（8）選擇水輪機(jī)發(fā)電機(jī)的型號(hào)并估算其各部尺寸和有關(guān)數(shù)據(jù)。2、機(jī)組臺(tái)數(shù)的確定需要考慮哪些主要問(wèn)題？答：（1）機(jī)組臺(tái)數(shù)與機(jī)電設(shè)備制造的關(guān)系；（2）機(jī)組臺(tái)數(shù)與水電站投資的關(guān)系；（3）機(jī)組臺(tái)數(shù)與水電站運(yùn)行效率的關(guān)系；（4）機(jī)組臺(tái)數(shù)與水電站運(yùn)行維護(hù)工作的關(guān)系。3、水輪機(jī)機(jī)型如何確定？答：水輪機(jī)的型號(hào)選擇是在已知機(jī)組容量和各種特征水頭的情況下進(jìn)行的，一般常用下列兩種方法選擇：（1）根據(jù)水輪機(jī)的系列型譜選擇；（2）采用套用機(jī)組。4、試闡述用模型綜合特性曲線選擇水輪機(jī)主要參數(shù)的具體步驟?答：反擊式水輪機(jī)主要參數(shù)的選擇：（1）選擇轉(zhuǎn)輪直徑（2）效率修正值的計(jì)算；（3）選擇轉(zhuǎn)速；（4）工作范圍的驗(yàn)算；（5）吸出高的計(jì)算。12水斗式水輪機(jī)主要參數(shù)的選擇:(1)轉(zhuǎn)輪直徑；(2)射流直徑；(3)噴嘴直徑；(4)轉(zhuǎn)速；(5)水斗數(shù)目。5、水輪機(jī)選型設(shè)計(jì)中進(jìn)行各待選方案的分析比較主要包括哪些內(nèi)容？答：模型轉(zhuǎn)輪參數(shù)：推薦使用的水頭范圍、最優(yōu)單位轉(zhuǎn)速、最優(yōu)單位流量、限制工況單位流量、最高效率、設(shè)計(jì)工況汽蝕系數(shù)。原型水輪機(jī)參數(shù)：工作水頭范圍、轉(zhuǎn)輪直徑、轉(zhuǎn)速、最高效率、額定出力、最大引用流量、吸出高。6、蝸殼水力計(jì)算的目的？金屬