水力机械+水电站+计算资料

A、水轮机的主要类型一 反击式水轮机 ： 利用水流的势能和动能做功的水轮机特征：转轮的叶片为空间扭曲面，流过转轮的水流是连续的，而且在同一时间内，所有转轮叶片之间的流道都有水流通过，水流充满转轮室。混流式：中、高水头（30-700m） 水流径入轴出 稳定，效率高（最大可达 94%），高水头低流量。三峡、龙羊峡、刘家峡。轴流式：中、低水头 (3-80m) 水流轴入轴出(始终平行于主轴) （分 定桨式 和 转桨式） 低水头、高流量 。轴流定浆式：(3-50m)叶片不能随工况的变化而转动。高效率区较小，适用于水头变化不大的小型电站。轴流转浆式：(3-80m)（导叶开度、叶片角度。适用于大型水电站。斜流式：中向高水头发展（40-200m）水流斜进。 转轮叶片随工况变化而转动， 效率高。 (8-12片)密云水库。贯流式：低、超低水头 （ H<20m）， 水流由管道进口到尾水管出口都是轴向的 ， 水轮机的主轴装置成水平或斜式。

不水流贯转轮,适用小型电站 分贯流式和贯流式。贯流式分：式、轴式、竖式贯流式：发电机装在内。 水头低、效率低、小型水电站。击式水轮机 （水式、斜击式、双击式） ：利用水流的动能做功的水轮机 特征：由管和转轮成。水式:特是由出的流向击转轮的水功。(100-2000m) 效率高、用 分 轴（中、小型） 和 轴（大型） ， 水电站。斜击式：由出的流斜向击转轮的水。(α为 ，2-效率低、小型水电站双击式：水流击转轮。 （5-80m） ，效率低 ， 小型电站三、类型反击式：混流式 HL 中、高（30-700m）径入轴出 稳定，效率高，高水头低流量：三峡、龙羊峡、刘家峡轴流式 定桨 ZD 中、低 (3-50m)轴入轴出 ,低水头高流量、叶片不可转，高效率区较小，小型水电站转桨 ZZ 中、低 (3-80m)轴入轴出 ,低水头高流量（双调）叶片可转（4-8片）：大型、斜流式 XL 中向高（40-200m） 斜进、效率高、叶片可转，（8-12片密云水电站贯流式：贯流式 GD贯流式 GZ （ 式 P 、轴式 Z 、式 S）击式：水式 C（击式）0) 效率高、用 。分轴（中小型）和轴（大型），水电站。斜击式XJα为 ，5-) 效率低 ，小型电站双击式SJ（5-80m）效率低 ， 小型电站B、水轮机的反击式水轮的大，的重要用。进水--、：水流入转轮的导水机成一定的导水--导 叶 用：水流进入转轮，变导叶开度变流量调出，用水流 调行 开机。--转 轮 用：水流能量转变为转机能。出水--尾水管 用：水、转轮出口水流中的能量。击式水轮机的主要： 管，转轮，流，机，流动成。：、叶片（14-19片） 、。水轮机行时，用密间。C、水轮机的型径0—J—0混流式水轮机，型（转速，轴，，转轮径为 0—H0 轴流转浆式水轮机，型0，轴，混，转轮径 —0：贯流转浆式水轮机，转轮型，轴，式机，转轮径 m。000。NL0 0300cm。0为2为每个两个喷嘴设计射10cm。出0中 速0为。出L0中 速为m。出0H0中 速0为。D、的效率及最优工况的总效率是由力效率、量效率、械效率组成 η=ηHηVηm率ηH 管、击量损失及量效率（容积效率）ηV。械损失和ηm提高效率的有效方法是减小头损失、量损失、械摩擦。的最优工况的定义：量损失和械损失相对较小且基本不变在力损失中撞和涡)（无撞无涡损失的工况，效率最高）EE1E1H

v2v2 2 55h2gS 25G、的安装高程1）的安装高程是电站非常重要的一个特征高程在进行电站厂房设计时该高程是计算电站厂房其反是指导叶中心高程；对混和贯是指主中心线高程。程Za：①混:混和贯确定安装高程的目的选择合理的安装高程既充分利用出口的能量又使之气蚀性能好。在x没备 5)冲是否需要根据吸出高Hs确定安装高程？-----:不需要。H、汽蚀 产生的重要原因速、压←防护措施从此入手：面粗糙无光---麻点蜂窝------坏 ;引起组强烈震-----运行不稳定汽泡在溃灭过程中由于汽泡中心压力发生周期性变化使周围的质点发生巨大的反复冲对过面产生械剥蚀和化学腐蚀破坏的现象的汽蚀。((。 ②间隙汽蚀：当水流通过间隙和较小的通道时，局部流速增大，压力降低而产生的汽蚀。动（噪音）④局部汽蚀：过流表面在某些地方凹凸不平，诱发水流出现旋涡、脱流而产生汽蚀。防止汽蚀的措施;()①设计制造方面：合理选叶型②工措施：合理选，防、。③运行方面：低、低水头运行，合理，要时尾水管。汽蚀会的--------1.发生振动和噪音 2.水轮机的效率和出力 3.水轮机的对水轮机的不工况汽蚀是不是一个的?不是一个的，因汽蚀k的对速，轮出口速，不的工况两个是不的。真空动力水轮机工

W2W2

V2 蚀。

k 22gH

22gH：①一因的对， ②当KWkV2③尾水管的动能ηｗ大，亦大， ④几何似的水轮机，在似工况，其亦是的。I似原理及曲线HQ,。水轮机的似条件哪些?具体是指而言? （几何、运动、动)答：水轮机的似条件几何似、运动似和动力似。①几何似：指原水轮机和模水轮机过流通道的所对角等，对尺寸成例。也就是说，对上名速的方，速大小成例。③动力似：指原水轮机和模水轮机过流部件对的名力方，大小对成比n :→→水轮机的的综合参。一个水轮机直径的常。s一个列的水轮机是指而言的 指具的速。不速的水轮机间的差异主要是?水轮机使轮毂减小。7简述水轮机基本方式的物理意?答：水轮机基本方式是映水能变水轮机轮旋机械能的一个能量平衡方式，从理论上揭了水轮流在其动量矩改变的时，力叶片，是轮产生旋的力矩。8、水轮机的是指而言?答：水轮机的是水电站非常重要的一个征，在进行水电站厂房设计时，该是计算水电站厂击式水轮机是指导叶中心；对卧轴混流式水轮机和贯流式水轮机是指主轴中心线。G尾水管原理：（2）回收轮出口水流的剩余能量。→小 → 钢板②弯锥→小 → 卧轴 混→水力损失大→→三部进口直锥段；肘管；出口扩散段。1、简述你对导出水轮机单位转速和单位流量意义的认识.2、为什么在混流式水轮机的主要综合特性曲线中要有出力限制线? 答出力限制线是为保证水轮机能够稳定、可靠地运行而限制水轮机工作范围的一条线。水轮机的正常工作范围是在该曲线的左侧。3言?件? 似工况。②要满足水轮机的相似律，即流量相似律、转速相似律和出力相似律。4、为什么混流式水轮机的设计工况点要选在5%（或3%）出力限制线上（或附近）混流式水轮机的主要特征曲线有等开度线、等效率线、等汽蚀系数线和5%出力限制线。6、轴流转桨式水轮机的主要综合特性曲线都由那些曲线组成?轴流式桨式水轮机的主要特征曲线有等开度线、等效率线、等空蚀系数线和等转角线。反击式水轮机和冲击式水轮的原则是什么?反击式水轮机是主要利用水流的压力能转换为机械能的水轮机。冲击式水轮机是将水流的动能转化为机械能的水轮机。反击式水轮机和冲击式水轮机的特点是什么？其主要型各有哪些？反击式水轮机根据水流流经转轮的方式不同，可为轴流式、混流式、斜流式和贯流式四种型的水轮机。型。反击式水轮机和冲击式水轮机在工作时水流和转轮相互作用有什么不同?化成机械能的水轮机。对于不同型的电站，设计水头的大致范围如何确定?坝式水电站的水头一般为中、高水头，目前最大水头已接近300米。河床式水电站的水头一般低于30-40米。引水式水电站可以集中很高的落差，目前最大水头已达2000米以上，但发电引用流量一般比较小。水轮机的水头范围 应涵盖水电站的水头范围。水电站的装机容量 装机容量是指水电站内全部机组额定出力的总和。为什么水轮机在最优工况工作时效率较高?答:因为在最优工作时进、出口获得最佳的水流条件，水轮机的损失最小，水轮机的效率最高。??、牵连绝。在圆柱坐标系轴面。转的整个反映了流体的旋转程流质点进转的转动而旋转，一种复合运动。后，实际电站的工作状态进行析时更方便。的? 答差H2Hs流的扩散作用而成的。Hs的上下起算点如何确定？立轴混流式，Hs从导叶下部底环上平面到下游面的垂直高。卧轴混流式贯流式，Hs是从转叶片最高点到下游面的垂直高。立轴轴流式，Hs从转叶片轴线到下游面的垂直高。16.在确定吸出高时如何考虑下游尾Hs将规定的位17.起效率降低的原因有哪些？最主的？出口动能损失。无论何种式的损失，均流能的损失，最终都影响的效率。最主的力损失。1.NQH2.特点：优点廉 活 取之不尽，用之不竭 ⑤环境优美，能源洁净缺点受自然条件限制； 次性投资大，移民多，工期长；事故后果严重； 大型工程对环境、生态影响较大。3：按河段落差方式分为三类1坝式2)引式3混合式（抽蓄能、潮汐）按调能分成： 调2)调按成特分为坝式 河式 4特点取坝。引用较大，大，能利用较分，综合利用效益。投资大，工期长。用河较，较大，坝条件。5、河式特点 河河平河段上，为避免大淹没，低坝闸。用大型5米以小8~10米以。坝河，，故；厂房度取大、低。注：厂房本身起挡水作用是河床式电站的主要特征。6、引水式水电站特点：用引水道集中水头的电站称为引水式水电站水头相对较高，目前最大水头已达 2000米以上。引用流量较小，没有水库调节径流，水量利用率较低，综合利用价值较差。电站库容很小，基本无水库淹没损失，工程量较小，单位造价较低。适用条件：适合河道坡降较陡，流量较小的ft区性河段。水电站建筑物的组成:挡水建筑物 、 引水建筑物 、 调水建筑物 、 发电建筑物潮汐电站使用的机组 贯流式水轮机抽水蓄能电站：1）抽水蓄能 ：系统负荷低时，利用系统多余的电能带动泵站机组将下库的水抽到上库(电动机+水泵)，以水的势能形式贮存起来；(+)抽水蓄能电站与常电站的区别组成不：上下有水库，水水为能。水引水道建筑物1水A无水水，流，引水为主适用无引水式电站： 1）式水常水） 2）式水口B有口式水ft的中） 适用条件：条件，ft坡坡适，。式水ft） 适用条件：条件较，坡陡。式水段形中） 适用条件：条件较差坡坡。式水中） 适用条件：的式水电站有水的高程:高程低最低水位，有的，不）无水的位:河道段的,物集,以引水）2有水的基本要：①要有必要的水能为什么有水要有淹没？为了产生。会使空物被入力水道内，引起噪音、振动，减少)②水符合发电要③水头损失要小④流量可按要控制 ⑤施工、安装、运行检修方便3池的原理：加大过水断，减小水流的流速其挟能力，使有害沉淀沉池内，将水引入引水道沉砂池的位：无水之后，引水道之前沉砂池的作用：1、入引水道； 2、减少引水道，减轻对水轮机的磨损----冲室流速大些）排方式：水力冲、水力机械冲、机械排-------4.引水道：无引水道 有引水道。①无引水道 特点：有自由水，引水道承受的水不大从变化场否则会式：无隧渠道常沿ft等高线）②有引水道特点： 引水道内为力流，承受的水头可以很大适用： 可适河道水库水位的大幅变化的输质5①工作闸门（即事故闸门）作紧急事故关闭，快速切断流，以防事故扩大，也可以关闭进口一检修系统适动中快速关闭，静中开启②检修闸门作设在工作闸门前，检修工作闸门及门槽适静中启闭6.通气孔位置进口的工作闸门之后作工作闸门开启时，充后以排气；工作闸门紧急关闭放空时，以补气以防出现害真空7.力前池是把无的无流变为力的流的连接建筑物。组成前室、力的进口及设备、泄和排沙建筑物作从库、力前池或调室，将在状态下入轮机），（）流（）泄（）物和沙}8.的（动调、动调）动调大，的变，在的力前池中设流堰。和的，出位，断下大，设泄建筑物。布置的总原则线短、弯少，线的工程地质、文地质条件好，并便于布置施工。地条件好 (2)地质条件好 (3)施工条件好 (4)力条件好设置日调池的条件:当较长，且电站担任峰荷第三章力1.力的、及定义力是从库或的前池或调室，将在状态下入轮机的输。特点、坡陡、承受电站的最大、靠近厂房根据布置，为1）管 暴露在空气(无电站)）地下埋管 埋入岩体中(电站)）混凝土坝身依附于坝身(混凝土重力坝及重力拱坝)按材料:①(大中型电站) ②筋混凝土(小型电站)③衬筋混凝土管 ④衬砌、锚喷或混凝土衬砌、聚酯材料、木等2供方单元供集供供力计算包括头损失和 锤计算敷设方（）连续两镇墩间设伸缩（）段两镇墩设伸缩节的及作（、、）镇墩防止位移作承受轴向力，固定型封闭，开厂C布置转弯处，直线段长超过 150m时支墩支承（身在其上可移动）作和在力，时开一，在动（2）型滑动支墩，滚动支墩，摇摆支墩伸缩小身温应由伸缩应同阀拆装提供方便）（2）型单作伸缩，双作伸缩节的抗外失稳①当径和壁厚一定时，加劲环的间距越小，壁在下屈曲的波数便愈，临界力值便愈大；②设置加劲环的明钢管在外力作用下，需满足两个要求：a、加劲环不能失稳屈曲 ；b、加劲环不失稳时，其横截面的压应力小于材料允许值。明压力钢管的加劲环(又称刚性环)的主要作用是:①节省压力钢管的钢材,提高压力钢管管壁的抗外压能力。②改变压力钢管的径向自振频率,消除钢管的径向振动。③提高压力钢管的刚度,防止运输、安装中变形。 设计规范要求压力钢管管壁厚度,必须满足结构的强度校核明钢管外压失稳的原因及失稳现象：①机组运行过程中由于负荷变化产生负水锤，而使管道内产生负压；②管道放空时通气孔失灵，而在管道内产生真空；③管道在外部的大气压力作用下，可能丧失稳定，管壁被压；必须钢管于真空时不产生不稳定变形的校核管壁厚度。压力管道的主要荷是内水压力，管道内径 水压 H及其HD值是压力管道规及其度的要值。8..()加加劲环要校核强度）下管下管定及定：下管是于中的钢管，可是的、的，称作、， 称压力管道。——衬——混凝土回填灌浆灌浆种类回填灌浆接触灌浆固灌浆明管相比简述下管的优缺点优点：1、布置灵活方便，不受面形质；2、钢管与共同承担内水压力，减小钢衬厚度3、运行安全，超能力强1．造比较复杂安装多艺要求较高，较差会造价且期。2．外压稳定问题突出。易外压失稳。防止管钢衬受外压失稳的答：降低下水水压力是防止钢衬失稳的本方法， 措是排水廊道结合排水孔；下管明管抗外压失稳的外荷区别答： 下管的外压荷主要下水压力，期还。 而明管的外压大气压力）五混凝土压力管道混凝土坝体压力管道：是依附于混凝土坝身，设在坝体内固定在坝面上，并与坝体称一体的压力输水管道。混凝土坝体压力管道特点：（1）结构紧凑简单（）引水道长度短，水头损失小，机组条件保证条件好（）造价低（）运行集中方便（）坝内埋管的空腔削弱坝体混凝土坝体压力管道按其布置方式可分为： 坝内埋管 、 坝上游面管道 、 坝下游面管道为了减少坝体承担的内水压力，可以在钢管外设置软垫层，将钢管与坝体隔开。软垫层可以吸收钢管在内压作用下的径向变位，而使内压只有一部分或很小部分传至坝体。A布置原则（）尽量缩短管长 （）减少管道空腔对坝体的不利影响 （）减少管道对坝体施工的干扰B立面上的布置（）倾斜式 （）平式和平斜式 （）竖直式C平面上的布置（）厂坝横缝错开 （）厂坝横缝一致D结构式：（1）力管：钢管和坝体混凝土在一，承，度（）垫层管：钢管外设垫层，将坝体与管道隔开分管1、分管的:2、分管的布置式： 布置, 对Y布置， 布置3、分管结构A、 钢管 ：管 管 式管 管 管 隔B、 下埋式管C、钢钢管水保减小水压力的用施有缩短压力管道的长度长有的式水机设置减压（空）式水机的机组置（）减小压力管道中的变{中低水头：的，水头：的}：水的： 压水管度不而水管中水管空，水机运行压机组运行和量下。水压力其特性水：管道量变，管道中压力变，“水”实际是由于惯；由于具弹弹德沿播；水同其他弹一样，在传播中，在外部条件变处（界处）均要德射。2L/La“相”①直接当阀门关闭Ts相Ts2L/a直接产生压力升高是相当巨大应采取种种措施避免。②接a的这种接。接是电站经常发生现象也是我们主要研究对象。接两种型：对于阀门直线关闭情况根据最大压力出现可①第相最大压力出现第较高头mm进行①最大压力作射或压力据；最小压力作线压力产生压尾真空据；研究与运行关系如对影响等。②压通过析正确合理地解导叶启闭、压力上升值关最当闭，使压力上升值经济合理允许范围。

LvgHT

0av2gHav：

0S ， 0导叶或者阀门全开0=全关=1型判别： 1 AAA当 0 经常发生1

m第相 B当 0

A经常发生 m

1

末相极限压力近似公式

A1

21 A第相末压力值： 02Am 1B末相极限：开规律对压力影响A高头电站常发生第相末所以可以采取先慢后快非直线关闭规律B低头电站常发生末相所以可以采取先快后慢非直线关闭规律极限压力规律理论研究明极限无论正沿线压力均直线规律布第相压力规律研究明。第相压力沿线不直线规律正压力曲线都是向上凸压力曲线是往下凹。②小长度。③使制厂房长度降低造价。振幅小频率低小高度正常流经过连接处头损失小。安全施简便造价经济。圆阻抗溢流差气垫①() 尾)③双统 ④双尺寸算来确其容包括4、问题：：F F k

2

2g(H h 3h )1 0 0 Th1m0, 0hh V2

h0 T0 0， h h

01H20

0 T 3 000h h02）即 + <

0

TD3mH=62m。锤H0

0.3H 允许应]5a，0焊缝系数若将允许应20％。试确定壁厚度并验算是否应设加劲环？若其轴向倾角300点(00)线( )处的环向应？2HD 9.81103(620.362)3(1)计

12.2103m]0.8 20.95127.51060.8

12mm 实

214mm

D mm6mm后壁厚度实

14mmD 是否应设加劲环？ mm

12mm(用计

,mm)

故需设加劲环。环向应(1-1) r(H1

r)9.811031.50.012

1.5cos300)(Pa)1.2261061.299cos)(Pa)97.223MPa(98.816MPa(

00))2()m()m6m,

300()q 83.7kN/mL=10m管

D

计 r(H1

r)9.811031.50.014

(80.61.5cos300cos00)(Pa)83.351MPa

1M 102110

837kNm x2

Mr

837103 cos003.141.520.014

8.462MPa

W(判单)500mm

=14mm250m1.6m/s3,]=0.3E=2.1×0N/cmE=2.×10N/mm2。w s思路(1)(2)接继续第一相还相直

第一相末相(1)E 56s

N/32 a

E g/rw

1435

1132.3

m/s 2

12EwKr

21

1051040.852L

2

1.63

10102T= 0.88s

T=0.7T

0.75.3

T。r a s z s r 1132.3

1.6 0.852 0

4

0.65

0.6510.65

产第一相。2gH0

29.81250 0第一相值 500

1.6 0.852 Lv

4 gHT

0.1559.812503.710s 1 1 0

20.15510.65

0.207(小于0.可用近似公式)H= H 0.20725051.75m1 0H0

0m管长L=400mv0

3.5m/s，a=1000m/s(1)阀门有效关闭时Ts

0.5s求最大压力；(2)如果阀门的有效关闭时延长到Ts

3.2s求阀门由全开到全关的最大（3）阀门有效关闭时Ts

3.2s求阀门由部分开启( 0.5)到全关的最大压力。(开度依0)。解：(1)(a)判断水锤类型

T=2L

20.8s

因为T

Tr a s r计算最大水锤值

H

a(vg

v)1000(3.50)356.8m9.81(2)(a)判断水锤类型

T=2L

20.8s

因为T

3.2s

r a(b)判断是第一相水锤还是末相水锤

s rav 0av2gH0

10003.529.81100

1.7811.781.50故产生末相水锤。(c)计算末相水锤值Lv LvgHT

4009.81100

0.446

m 2

22

0.574

HHm 0

0.57410057.4m0s(3)(a)判断水锤类型

T=2Lr a

2

t=T0.53.2s1.6sT

故发生间接水锤。(b)判断是第一相水锤还是末相水锤

0s rav av2gH0

10003.529.81100

1.78 1.780.50.890

故产生第一相水锤。计算第一相水锤值Lv LvgHT

4009.81100

0.446

1 1

20.44610.89

0.6180s 0HH 0.61810061.8m1 01电站设计要避免发生接水锤2）由后两问可知管道特性系数和的值没有它们的取值与初始开度 无关（3水锤压力的最大值未必发0生在丢弃全负荷的情况可能发生在丢弃部分负荷的情况设计电站与电站运行时要注意这一点（P1339-5（4）第二问与第三问的水锤压力相对值计算结果偏大2与启示（3）相的情况：消力池的尺寸设计时未必由通过正常设计流量时控制也有可能是由较小的流量控制设计时要假设闸门逐渐开启流量从小到大先找到最不利的情况然后根据最不利的情况设计消力池尺12m112m1180m 10m2#12m3#D =2m,D =1.2ma=1000m/sTs=5sH=62m,Q=4.5m/s总 岔 0

v = Q 34.5 4.3m/sD2

3.14224 4QQ Q 3v = 1 2 3 3.98m/sD21

D22

D23

31.224 4 4 4换算等价水管

L a 1000m/sm LL 180 121 2a a1 2LvLv

1000 100012(a)判断水锤类型

v 11 2m L2L

4.28m/s1922192T 0.384T5s故发生间接水锤。判断第一相水锤还是末相水锤

r am a

1000 s10004.28 mmm 2gH0

3.5229.8162 3.5213.520故产生末相水锤。计算末相水锤值

Lv mLvgHT

1924.289.8162

0.270sHHm

0.316219.22m

m 2

22

0.31长950m断面15m3sn 0.012~0.016水头损引水道h 251106Q21930000n2106Q2w0

hwT0

106Q2n2106Q2，n 0.011~0.012189.3m182.0m124.8mm1。思路：关键在于Fk(1)计算(a)引的

g(H

Lfh0 w0

)wT0h 251106Q21