2025年水泵水轮机技师考试题(附答案)

2025年水泵水轮机技师考试题(附答案)一、单项选择题（每题2分，共40分）1.水泵水轮机的核心过流部件是（）。A.蜗壳B.导水机构C.转轮D.尾水管2.水泵水轮机发电工况下，水流能量转换的主要过程是（）。A.动能→势能→机械能B.势能→动能→机械能C.机械能→动能→势能D.势能→机械能→动能3.下列不属于水泵水轮机“S”特性危害的是（）。A.机组转速失控B.导叶卡阻C.并列困难D.尾水管压力脉动4.空化与空蚀的主要区别是（）。A.空化是气泡生成，空蚀是气泡溃灭导致材料破坏B.空化发生在低压区，空蚀发生在高压区C.空化仅影响效率，空蚀影响结构强度D.空化不可避免，空蚀可以完全消除5.水泵水轮机在水泵工况下运行时，导叶的主要作用是（）。A.调节流量B.形成旋转水流C.防止飞逸D.平衡轴向力6.衡量水泵水轮机抗空化性能的关键参数是（）。A.额定转速B.吸出高度C.比转速D.临界空化系数7.甩负荷过程中，导叶关闭规律通常采用“先快后慢”的主要目的是（）。A.减少水锤压力B.防止转速上升过高C.保护导叶轴承D.提高效率8.水泵水轮机转轮裂纹的常见位置不包括（）。A.叶片与上冠焊缝B.叶片出水边C.下环与叶片连接处D.主轴法兰9.下列关于水泵水轮机模型试验的描述，错误的是（）。A.模型与原型需满足相似定律B.需测量效率、空化、压力脉动等参数C.模型比尺通常为1:5~1:20D.模型试验结果可直接用于原型设计10.水泵工况下，水泵水轮机的扬程H与电机输入功率P的关系为（）（η为效率，ρ为水的密度，g为重力加速度，Q为流量）。A.P=ρgQH/ηB.P=ηρgQHC.H=ρgQP/ηD.H=ηρgQP11.机组启动过程中，从静止到额定转速的升速阶段，通常采用（）方式。A.同步电动机拖动B.异步启动C.顶转子泵加压D.变频启动12.下列不属于水泵水轮机过渡过程的是（）。A.开机并网B.正常停机C.调相转发电D.长期备用13.导叶端面间隙过大可能导致（）。A.漏水增加B.导叶卡阻C.效率上升D.轴向力减小14.水泵水轮机的飞逸转速是指（）。A.额定转速的1.2倍B.失去负荷且导叶全开时的最高转速C.调相工况下的转速D.水泵工况下的最大转速15.监测转轮应力的常用方法是（）。A.振动传感器B.应变片C.压力传感器D.温度传感器16.下列关于水泵水轮机补气装置的描述，正确的是（）。A.仅在发电工况补气B.补气量越大越好C.可缓解尾水管压力脉动D.补气位置通常在蜗壳进口17.水泵工况下，若电网频率降低，机组转速（），流量（）。A.降低，增加B.降低，减少C.升高，增加D.升高，减少18.转轮静平衡试验的目的是（）。A.确保叶片型线一致B.消除质量不平衡引起的振动C.验证材料强度D.检查焊缝质量19.下列不属于水泵水轮机主要性能参数的是（）。A.额定流量B.最大吸出高度C.额定电压D.飞逸转速20.黑启动过程中，水泵水轮机作为启动电源时，优先选择（）工况。A.发电B.水泵C.调相D.抽水蓄能二、判断题（每题1分，共10分）1.水泵水轮机在发电工况时，水流方向与水泵工况相反。（）2.空化现象仅发生在水泵工况的叶片低压区。（）3.导叶关闭时间越短，水锤压力越小。（）4.转轮裂纹修复后，需重新进行静平衡试验。（）5.模型试验中，原型效率通常高于模型效率（考虑尺度效应）。（）6.甩负荷时，机组转速上升的最大值与导叶关闭时间无关。（）7.水泵工况下，扬程是指单位重量水体从进口到出口的能量增量。（）8.调相工况下，机组需向电网输送无功功率。（）9.主轴密封的主要作用是防止润滑油泄漏。（）10.长期低负荷运行会增加转轮疲劳应力。（）三、简答题（每题8分，共40分）1.简述水泵水轮机“S”特性的定义及其对运行的影响。2.分析转轮叶片裂纹产生的主要原因。3.说明水泵水轮机在水泵工况与发电工况下的能量转换差异。4.列举3种监测机组振动的传感器类型，并说明其测量参数。5.简述甩负荷过程中，导叶关闭规律的设计原则及原因。四、计算题（每题10分，共20分）1.某水泵水轮机在发电工况下，实测水头H=300m，流量Q=120m³/s，发电机输出功率P=320MW，效率η=90%（机械效率ηm=98%），求水轮机的输入功率及水流的有效功率。（g=9.81m/s²，ρ=1000kg/m³）2.某模型水泵水轮机比尺λ=1:10，模型在Hm=20m、nm=1000r/min时，流量Qm=0.5m³/s，效率ηm=88%。求原型在Hp=200m时的转速np、流量Qp及原型效率ηp（考虑尺度效应，ηp=ηm+1.2%）。五、综合分析题（每题15分，共30分）1.某抽水蓄能电站机组在发电工况下出现剧烈振动，振动频率与转频一致（约10Hz），且上机架水平振动幅值超过报警值。试分析可能的原因及处理措施。2.某电站需进行黑启动，利用水泵水轮机作为启动电源。请简述黑启动过程中，从机组静止到带动其他机组并网的关键操作步骤及注意事项。答案一、单项选择题1.C2.B3.B4.A5.B6.D7.A8.D9.D10.A11.D12.D13.A14.B15.B16.C17.A18.B19.C20.A二、判断题1.√2.×（发电工况也可能发生）3.×（关闭过短会增大水锤）4.√5.√6.×（关闭时间越短，转速上升越高）7.√8.√9.×（防止漏水）10.√三、简答题1.“S”特性定义：水泵水轮机在低水头、低流量区域运行时，其转速-力矩特性曲线呈现“S”形弯曲，即同一转速下可能对应多个力矩值，导致运行不稳定。影响：①并列困难（转速波动大）；②甩负荷时转速失控（可能超速）；③尾水管压力脉动加剧（引发振动）；④导叶调节时易出现“反调”（流量与导叶开度反向变化）。2.主要原因：①疲劳应力（频繁启停、负荷波动导致交变应力）；②材料缺陷（铸造或焊接缺陷，如气孔、夹渣）；③空蚀破坏（气泡溃灭产生局部高压，加速裂纹扩展）；④水力不平衡（转轮进出口流态不均，叶片受力不均）；⑤结构设计不合理（叶片与上冠/下环过渡处应力集中）。3.能量转换差异：-发电工况：水流势能→转轮动能→机械能（通过主轴传递）→发电机电能。核心是水流推动转轮旋转做功。-水泵工况：电机电能→机械能（主轴传递）→转轮动能→水流势能（提升水体至高位水库）。核心是转轮对水流做功，增加水体能量。4.传感器类型及测量参数：①电涡流传感器：测量轴振（轴相对于轴承的位移，非接触式，精度高）；②加速度传感器：测量机架振动（振动加速度，可换算速度、位移，用于高频振动监测）；③速度传感器：测量低频振动（如转频相关振动，输出与速度成正比信号）；④应变式传感器：测量大轴扭矩（通过轴表面应变间接计算扭矩）。5.设计原则：导叶关闭规律通常为“先快后慢”，即初始阶段快速关闭（关闭前80%行程），后期缓慢关闭（剩余20%行程）。原因：①初期快速关闭可减少进入转轮的流量，限制转速上升幅度；②后期缓慢关闭可降低尾水管水锤压力（避免负水锤导致尾水管真空度骤增，引发结构破坏）。四、计算题1.解：水轮机输入功率（轴功率）P_shaft=发电机输出功率/发电机效率（题目中η=90%为水轮机效率，机械效率ηm=98%为轴承等机械损失，故总效率η_total=η×ηm=0.9×0.98=0.882）。但题目中“效率η=90%”通常指水轮机效率（η_hyd=P_shaft/P_water），发电机效率需另计。假设题目中η为水轮机效率，则：水流有效功率（水功率）P_water=ρgQH=1000×9.81×120×300=353,160,000W=353.16MW。水轮机输入功率（轴功率）P_shaft=P_water×η=353.16×0.9=317.84MW（与发电机输出功率320MW接近，考虑四舍五入）。2.解：根据相似定律，水头比Hm/Hp=(nm/np)²×(Dm/Dp)²，比尺λ=Dp/Dm=10，故Hm/Hp=(nm/np)²×(1/λ)²→20/200=(1000/np)²×(1/100)→0.1=(1000000/np²)×0.01→0.1=10000/np²→np²=100000→np=316.23r/min（约316r/min）。流量比Qm/Qp=(nm/np)×(Dm/Dp)³→0.5/Qp=(1000/316.23)×(1/10)³→0.5/Qp≈3.162×0.001→Qp≈0.5/(0.003162)≈158.1m³/s。原型效率ηp=ηm+1.2%=88%+1.2%=89.2%。五、综合分析题1.可能原因：①转轮动不平衡：转轮质量分布不均（如叶片磨损、裂纹、异物附着），旋转时产生离心力，引发转频振动。②主轴不对中：主轴与发电机轴同轴度偏差（安装误差或基础沉降），导致联轴器处受力不均，振动随转速升高加剧。③导轴承间隙过大：导轴承（水导或发导）间隙超标，轴系运行轨迹不稳定，水平振动增大。④水力不平衡：转轮进出口流态异常（如部分导叶卡阻、蜗壳堵塞），叶片受力不均，产生周期性激振力。处理措施：①停机检查转轮：通过动平衡试验（加重或去重）校正质量分布；清理叶片表面异物，修复裂纹。②重新找正主轴：使用激光对中仪测量主轴与发电机轴同轴度，调整轴承座或基础垫板，确保偏差在允许范围内（通常≤0.05mm）。③调整导轴承间隙：测量轴承间隙（如用塞尺或抬机量法），更换或修刮轴瓦，使间隙符合设计要求（一般为0.1~0.2mm）。④检查过流部件：清理蜗壳、导叶流道，确认导叶开度一致；通过压力脉动试验验证流态，必要时优化导叶开度规律。2.关键操作步骤：①启动前检查：确认厂用电系统正常（如直流电源、顶转子泵、技术供水）；检查机组各轴承油位、密封水压力；投入监测系统（振动、温度、转速）。②启动机组：采用变频启动（SFC）方式，逐步提升转速至额定转速（约300~500r/min，具体根据机型）；过程中监测各轴承温度（≤65℃）、振动（≤0.1mm）。③建立电压：机组达到额定转速后，投入励磁系统，逐步升压至额定电压（如13.8kV），检查发电机出口电压、频率（50Hz±0.5Hz）。④同期并列：通过自动准同期装置，调整机组电压、频率、相位与电网（黑启动初期为孤立电网）一致，完成并网（注意避免冲击电流过大，通常≤10%额定电流）。⑤带负荷暖机：并网后逐步增加有功负荷（5%~10%额定负荷），稳定运行30分钟，监测各参数（如定子温度≤80℃，转子温度≤100℃）。⑥启动其他机组：利用已并网机组提供厂用电，依次启动