水电站考试复习题

第一部分一、水力发电的几个要素1)N ——水电站装机容量或水轮机的功率2)Q ——通过水轮机的流量3)H ——水轮机的水头4)η——水轮机的效率二、水力发电特点优点：1)不耗燃料，成本低廉2)水火互济，调峰灵活3)综合利用，多方得益4)取之不尽，用之不竭5)环境优美，能源洁净三、水力发电特点缺点：1)受自然条件限制；2)一次性投资大，移民多，工期长；3)事故后果严重；4)大型工程对环境、生态影响较大。

四、我国水电开发有三大特点：成绩很大。

突出表现在以下三方面：1)水电装机容量跃居世界第一。

2)水电建设技术已具世界水平。

3)初步建立了适应市场经济的、有中国特色的水电开发和建设机制。

五、我国水电开发的困难制约水电发展的五个问题①生态环境问题②上网电价③法律法规还不健全④移民问题⑤地震问题六、水电站的基本类型1)按调节能力分成：无调节水电站、有调节水电站2)按水电站的组成建筑物及特征分为：坝式、河床式、引水式电站七、坝式水电站其特点：1)水头取决于坝高。

2)引用流量较大，电站的规模也大，水能利用较充分，综合利用效益高。

3)投资大，工期长。

4)适用：河道坡降较缓，流量较大，并有筑坝建库的条件。

八、坝后式水电站特点1)当水头较大时，厂房本身抵抗不了水的推力，将厂房移到坝后，由大坝挡水。

2)坝后式水电站一般修建在河流的中上游。

3)库容较大，调节性能好。

如为土坝，可修建河岸式电站。

九、(二)、河床式电站特点1)一般修建在河道中下游河道纵坡平缓的河段上，为避免大量淹没，建低坝或闸。

2)适用水头：大中型：25米以下，小型：8~10米以下。

3)厂房和挡水坝并排建在河床中，共同挡水，故厂房也有抗滑稳定问题；4)厂房高度取决于水头的高低。

5)引用流量大、水头低。

注：厂房本身起挡水作用是河床式电站的主要特征。

十、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①.水头相对较高，目前最大水头已达2000米以上。

②.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。

③.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。

④.适用条件：适合河道坡降较陡，流量较小的山区性河段。

a)无压引水电站引水建筑物是无压的: 渠道或无压隧洞主要建筑物：低坝，进水口，沉沙池，引水渠(洞)，日调节池，压力前池，压力水管，厂房，尾水渠。

b)有压引水式电站引水建筑物是有压的：主要建筑物：低坝，有压隧洞，调压室，压力水管，厂房，尾水渠。

十一、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；2)放水发电：系统负荷高时，将上库的水放下来推动水轮发电机组(水轮机+发电机)发电，以补充系统中电能的不足。

十二、潮汐电站1)潮汐：潮汐现象是海水因受日月引力而产生的周期性升降运动，即海水的潮涨潮落。

2)潮汐发电原理：利用潮水涨、落产生的水位差所具有势能来发电的，也就是把海水涨、落潮的能量变为机械能，再把机械能转变为电能（发电）的过程。

第二部分一、水轮机主要类型1)反击式水轮机(reaction water turbine)①.定义：利用水流的势能和动能做功的水轮机②.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。

③.反击式水轮机原理水流通过转轮叶片时，水流流速的大小、方向均发生变化，因此动量也发生了改变，水流产生反作用力，作用与每个转轮叶片，使转轮产生旋转力矩，从而做功。

一)混流式：水流径向流入转轮，轴向流出。

①.适用范围：H=30-450 m , 最高水头已接近700米，单机容量：几万kW-几十万kW②.特点：适用范围广，结构简单，运行稳定，效率高，适用高水头小流量电站。

③.三峡水电站即采用了这种水轮机，单机容量70万kW。

是世界上单机容量最大的机组。

二)轴流式：①.特点：水流沿转轮轴向流入，轴向流出，水流方向始终平行于主轴。

②.适用于大流量、低水头。

一般水头在50m以下。

➢轴流定浆式：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：叶片能随工况的变化而转动，进行双重调节（导叶开度、叶片角度)。

适用于大型水电站。

三)斜流式：水流经过转轮时是斜向的。

转轮叶片随工况变化而转动，高效率区广。

四)贯流式：水轮机的主轴装置成水平或倾斜。

不设蜗壳，水流直贯转轮。

水流由管道进口到尾水管出口都是轴向的。

H<20m，小型河床电站。

➢贯流式机组分类①.全贯流式：发电机转子安装在水轮机转轮外缘，其密封困难，现在较少使用。

②.半贯流式：③.灯泡贯流式：发电机组安装在密闭的灯泡体内，使用较广泛，机组结构紧凑，流道形状平直，水力效率高。

④.轴伸式贯流机组：发电机安装在外面，水轮机轴伸出到尾水管外面。

⑤.竖井式贯流机组：发电机安装在竖井内。

2)冲击式水轮机①.定义：利用水流的动能来做功的水轮机②.特征：由喷管和转轮组成。

③.原理：水流以自由水流的形式(P=Pa)冲击转轮，利用水流动能(V方向、大小改变)产生旋转力矩使转轮转动。

在同一时刻内，水流只冲击着转轮的一部分，而不是全部。

不适宜调峰运行。

④.适用：水头高，流量小，多用于400m以上，最高接近2000m。

水斗: 特点是由喷嘴出来的射流沿圆周切线方向冲击转轮上的水斗作功。

a)斜击式：由喷嘴出来的射流沿圆周斜向冲击转轮上的水斗。

b)双击式：水流两次冲击转轮。

c)斜击、双击水轮机构造简单，效率低，用于小型电站。

二、水轮机的基本构造①.反击式水轮机的主要组成部件：a)进水(引水)部件—蜗壳：使水流均匀、旋转，以最小水头损失送入转轮室。

b)导水机构（导叶及控制设备)：控制工况。

c)转轮（工作核心)：能量转换，决定水轮机的尺寸、性能、结构。

d)泄水部件(尾水管)：回收能量、排水至下游。

②.冲击式水轮机的主要组成部件：喷管，转轮，折流器，机壳，射流制动器等组成。

③.尾水管作用：引导水流进入下游河道，并回收部分动能和势能。

三、水轮机的型号及标称直径反击式水轮机的型号（由三部分组成）①.HL240 —— LJ —— 410混流式水轮机，型号240（比转速)，立轴，金属蜗壳，转轮直径为410cm②.ZZ440 ——LH —— 430轴流转浆式水轮机，型号440，立轴，混凝土蜗壳，转轮直径430cm冲击式水轮机的型号③.2CJ30——W—— 120/2×10转轮型号为20，水斗式水轮机，卧轴，一根轴上装设两个转轮，转轮直径为120cm, 每个转轮两个喷嘴，设计射流直径为10cm。

④.GZ440—WP—750：表示贯流转浆式水轮机，转轮型号440，卧轴，灯泡式机组，转轮标称直径750cm。

⑤.SJ40—W—50/40：表示双击式水轮机，转轮型号40，卧轴布置，转轮标称直径50cm，转轮轴向长度40cm。

⑥.XLN—LJ—300：表示斜流可逆式水泵水轮机，转轮型号200，立轴布置，金属蜗壳，转轮标称直径300cm。

第三部分一、水轮机的效率水轮机的能量损失导致N < N s ，效率<1效率是由水力效率、流量效率、机械效率组成1.水力损失(head loss)及水力效率蜗壳、导叶、转轮、尾水管——沿程损失旋涡、脱流、撞击——局部损失水轮机的水力效率为:2.流量损失及流量效率（容积效率）水流通过转动部分与非转动部分间隙直流入尾水管的流量为q，此部分流量不经过转轮作功，称漏损。

3.机械损失和机械效率水轮机的输入功率：Ne；输出功率: N=Ne -ΔNm机械效率：ηm=N/N e4.水轮机的总效率η=ηHηVηm提高效率的有效方法是减小水头损失、流量损失、机械摩擦。

二、水轮机的最优工况1.水轮机的最优工况是指η最高的工况。

2.一般情况下，对η起主要作用的是水力损失，流量损失和机械损失相对较小，且基本不变，在水力损失中撞击和涡流损失最大。

三、水轮机的空化与空蚀1.空化及空化压力的概念①)水沸腾为汽化，汽化是由气压和水温决定的。

②)水在一定压力下加温引起的汽化为沸腾；③)环境温度不变压力降低引起的汽化叫空化。

④)在给定温度下，液体开始汽化的临界压力为该温度下的空化压力(P b)2.水轮机的空蚀①.汽泡产生反作用力向外膨胀，压力升高，水流质点向外冲击。

②.大量汽泡连续不断地产生与溃灭，水流质点反复冲击，使过流通道的金属表面遭到严重破坏→机械破坏，称为疲劳剥蚀。

③.汽泡被压缩，由于体积缩小，汽化破坏时水流质点相互撞击，引起局部温度升高(可达到300℃)，汽泡的氧原子与金属发生化学反应，造成腐蚀；同时由于温度升高，产生电解作用→化学腐蚀。

3.水轮机空蚀定义汽泡在溃灭过程中，由于汽泡中心压力发生周期性变化，使周围的水流质点发生巨大的反复冲击，对水轮机过流金属表面产生机械剥蚀和化学腐蚀破坏的现象，称水轮机的空蚀。

4.空蚀造成的危害①.使过流部件机械强度降低，严重时整个部件受到破坏。

②.增加过流部件的糙率，水头损失加大，效率降低，流量减小，出力下降。

③.机组产生振动，严重时造成厂房振动破坏。

④.缩短了机组检修的周期，增加了检修的复杂性。

消耗钢材、延长工期。

5.水轮机空蚀类型①.翼形(叶片)空蚀：转轮叶片背面出口处产生的空蚀，与叶片形状、工况有关。

是反击式水轮机的主要空蚀形式。

②.间隙空蚀：当水流通过间隙和较小的通道时，局部流速增大，压力降低而产生的空蚀。

③.空腔空蚀：在非最优工况时，水流在尾水管中发生旋转形成一种对称真空涡带，引起尾水管中水流速度和压力的脉动，在尾水管进口处产生空蚀破坏，还可能造成尾水管振动。

④.局部空蚀：在过流部件凹凸不平因脱流而产生的空蚀。

6.防止空蚀的措施流速和压力是产生空蚀最重要的两个原因，因此要控制流速和压力的急剧变化。

①.设计制造方面：合理选型，叶型流线设计，表面光滑，抗空蚀钢衬(不锈钢)。

②.工程措施：合理选择安装高程，采取防沙、排沙措施，防止有害泥沙进入水轮机。

③.运行方面：避开低负荷、低水头运行，合理调度，必要时向尾水管补气。

四、水轮机的调速设备1.水轮机调节的任务①.随外界负荷的变化，迅速改变机组的出力。

②.保持机组转速和频率变化在规定范围内，最大偏差不超过±0.5Hz，大电力系统不超过±0.2Hz。

③.启动、停机、增减负荷，对并入电网的机组进行成组调节(负荷分配)，以达到经济合理的运行。

2.调节流量的途径：反击式：通过改变导叶开度，ZZ：同时改变叶片转角。

冲击式：通过改变喷嘴开度。

3.水轮机调节的定义：随着电力系统负荷变化，水轮机相应地改变导叶开度(或针阀行程)，使机组转速恢复并保持为额定转速的过程，称为水轮机调节。

4.调节实质：调节转速水轮机调节所用的调节装置称为水轮机调速器。