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第三章水电站压力管道一、判断题1．选取的钢管直径越小越好。
( )2．钢管末端必须设置阀门。
( )3．快速闸阀和事故阀下游侧必须设置通气孔或通气阀。
( )4．伸缩节一般设置在镇墩的下游侧。
( )5．明钢管只在转弯处设置镇墩。
( )6．对同一电站来说，选用地下埋管的造价一般高于明钢管。
( )7．坝后式电站多采用坝内钢管，供水方式一般为单元供水。
( )8．明钢管上加劲环的刚度越小，则环旁管壁的应力就越大。
( )9．地下埋管的破坏事故多数由外压失稳造成。
( )10．镇墩的作用是防止水管发生滑移。
( )11．通气孔一般应设在工作闸门的上游侧。
( )12．明钢管强度校核中，支承环断面的允许应力与跨中相同。
( )二、填空题1．压力管道的供水方式有、、三种，其中地下埋管多采用方式。
2．对地面压力钢管，当温度变化时，由于在和处产生摩擦力而引起管壁轴向力。
3．水电站压力管道的闸门布置在管道的端，而阀门布置在管道的端，一般在钢管的设置排水管。
4．支墩的常见类型有、、三种。
5．钢管的转弯半径不易小于倍管径，明钢管底部至少高出地表面m。
6．岔管的典型布置型式有、、三种。
7．地下埋管的灌浆分为、、三种。
8．坝式压力管道有、、三种型式。
三、思考题1．压力水管的供水方式有几种？各有什么优缺点？其适用条件是什么？2．镇墩、支墩、伸缩节的作用是什么？3．作用在明钢管上的荷载有哪几类？各产生什么应力？计算应力时应选取哪几个断面？4．明钢管的抗外压稳定的概念。
失稳的原因及防止措施是什么？5．简述压力钢管的设计步骤。
6．岔管的工作特点？常见的岔管有哪几种类型？各适用于什么条件？7．镇墩和支墩的作用有何不同？二者分别设置在地面压力钢管的什么部位？8．支墩有哪几种类型？各有何特点？适用什么情况？9. 伸缩节的作用和类型？其要求是什么？10．地下埋管的施工程序各有何要求？11．地下埋管外压稳定的影响因素？如何防止其外压失稳？12．混凝土坝式压力管道有哪几种型式？各适用于什么情况？13．混凝土坝内埋管在坝剖面上有哪几种布置型式？各适用于什么情况？14．如何选择压力管道的线路？15. HD的含义是什么，其大小说明了什么？第四章水电站的水击及调节保证计算一、判断题1．导叶的关闭时间Ts愈大，水击压力愈大，机组转速升率愈。
蜗壳及尾水管设计（1）蜗壳水力计算从蜗壳鼻端至蜗壳进口断面0-0之间的夹角称为蜗壳的包角，常用φ0表示，蜗壳的鼻端即位于蜗壳末端连接在一起的那一个特殊固定导叶的出水边，一般采用φ0=345°蜗壳进口断面平均流速V c是决定蜗壳尺寸的主要参数。
V c值根据水轮机设计水头Hr从图中查得V c=4.5 m/s1主要参数H r=31.0 m Q max=13.17 m3/s D a=2.42m 包角φ0=345 D a/2=2.42/2=1.21 m2 蜗壳计算表水轮机蜗壳单线图（2）尾水管设计根据以往经验,弯肘形尾说管不但可以减少开挖深度,而且具有良好的水力性能尾水管尺寸表弯肘型尾水管有进口直锥段.中间肘管段和出口扩散段和出口扩散段三部分组成.A 进口直锥段混流式水轮机单边扩散角009~7=θ,这里取 80.B 中间弯肘段是一段900转弯的变截面弯管,进口断面为圆形,出口断面为矩形.C 出口扩散段是一段水平放置,两侧平行,顶板上翘的矩形扩散管.起顶板仰角一般取0013~10=α,这里取13.应用第三种比例情况进行尺寸计算:h=2..6×1.4=3.64 m L=4.5×1.4=6.30 m B 5=2.72*1.4=3.808m D 4=1.35×1.4=1.89 m h 4=1.35×1.4=1.89 mh 6=0.675×1.4=0.945mL 1=0.94×1.4=2.548 m h 5=1.22×1.4=1.708m尾水管高度指水轮机底环平面至尾水管底版的高度.h=2.6*D 1=2.6*1.4=3.64m 满足最低要求,宽度B= 3.808m,同样满足要求. 尾水管长度指机组中心线至尾水管出口断面的距离. L=(3.5~4.5)D 1 这里取4 则L=4*1.4=5.6m。
水力机械课程要点及复习思考题绪论：主要内容以及要了解和掌握要点：1、能源的种类；和其他类型的能源相比，水电的特点；我国水力资源的总量及水力发电在国民经济中所占的地位；我国水力资源的分布情况、开发程度以及规划利用前景；2、水力发电的生产流程以及和水电有关的主要技术参数和技术指标；水电站的基本类型；特点；主要建筑物及布置原则概述；第一章水力机械概述：主要内容以及要了解和掌握要点：1、水轮机的基本参数；水轮机的各种水头（设计水头，工作水头，最大和最小水头）及其含义；搞清水轮机的水头和水电站的水头不是一个概念；在设计水电站时如何协调两者之间的关系2、水轮机的主要类型及其构造；水轮机分为反击式和冲击式两大类原则，每一大类又可以分为几种不同的类型；常见和常用的水轮机类型都有那些各有什么特点；掌握常见水轮机如轴流式、混流式河水斗式水轮机的主要部件有那些，名称是什么，功用是什么，这些主要部件各处在水轮机的什么位置；3、水轮机的牌号极标称直径水轮机牌和的意义，作用，水轮机牌号的常规表示方法；目前水轮机牌号的使用现状；提出水轮机标称直径的目的；不同类型的水轮机标称直径的标注方法和具体位置；第二章水轮机的工作原理：主要内容以及要了解和掌握要点：1、水流在反击式水轮机转轮中的运动；水流在反击式水轮机转轮内运动的复杂性（恒定流和非恒定流）；水流和转轮叶片作用的原理；水流做功原理；对水流或流场的描述方法（解析，数值，速度三角形）；速度三角形中各速度示量的含义；2、水轮机的基本方程式推导水轮机基本方程三条假定的目的与意义；控制体的选择与研究对象；力矩的轴对称性，作用力和反作用力原理；水轮机基本方程的不同表现形式和物理意义；3、水轮机的效率及最优工况水轮机效率和能量损失的关系；水轮机能量损失的几种形式；不同损失产生的原因；无撞击进口和法向出口及最优工况条件；4、尾水管的工作原理动力真空和静力真空；尾水管回收能量的方式与原理；尾水管的作用；尾水管回收能量的程度；尾水管的水力损失系数和动能恢复系数；5、水轮机的空化与空蚀水轮机空化与空蚀的研究历史；水流空化的机理；空化压力和空化温度的关系；水轮机空蚀的机理；水轮机空蚀的破坏作用；水轮机空蚀的类型；水轮机空蚀的后果及表现形式；水轮机空蚀的预防或防护措施；6、水轮机的空蚀系数、吸出高及安装高程水轮机空蚀系数的来历；水轮机空蚀系数的意义；水轮机吸出高的来历；水轮机吸出高的确定；对不同水轮机吸出高的规定；对不同水轮机安装高程的规定与计算；第三章水轮机的相似原理及特性曲线：主要内容以及要了解和掌握要点：1、水轮机的相似原理概述相似概念及研究水轮机相似的目的；水轮机的相似条件；不同相似条件所对应的含义；相似的局限性和近似性；2、水轮机的相似率、单位参数和比转速流量相似率的含义；转速相似率的含义；出力相似率的含义；导出水轮机单位参数的目的与作用；导出水轮机比转速的目的与意义；3、水轮机的效率换算与单位参数修正水轮机效率换算的目的与意义；水轮机效率换算的依据与经验性；不同水轮机效率换算公式的适用条件；水轮机效率换算后再修正的原因；水轮机单位参数的修正；4、水轮机的主要综合特性曲线水轮机模型试验的目的；水轮机主要特性曲线的作用；常见类型水轮机综合特性曲线中所标示的内容；出力限制线的意义与作用；第四章水轮机选型：主要内容以及要了解和掌握要点：1、水轮机的标准系列采用标准系列的目的；水轮机型谱的来历与演变；水轮机的尺寸系列；水轮机转速和发电机转速的关系；发电机标准同步转速的确定；2、水轮机选择水轮机选型设计的基本内容；水轮机选型设计的基本要求；水轮机选型设计需要收集和整理的基本资料；确定电站装机台数、单机容量的原则和要考虑的相关因素；确定水轮机型号、主要参数的基本方法及其适用条件；不同水轮机主要参数之间的比较及最终方案确定的一般原则；3、水轮机运转特性曲线的绘制水轮机运转特性曲线的作用；水轮机运转特性曲线的绘制方法；水轮机的最优工作区域；水电站厂内优化运行的基本概念；4、水轮机蜗壳的型式及主要尺寸的确定水轮机基本型式；不同水轮机蜗壳的特点及适用场合；对蜗壳内水流运动规律的假定；蜗壳水力计算及轮廓尺寸确定的方法；蜗壳轮廓尺寸对水电站厂房尺寸的影响；5、尾水管的型式及主要尺寸的确定常见尾水管的型式及其特点；尾水管轮廓尺寸的确定；尾水管尺寸对水电站厂房尺寸的影响；尾水管尺寸可能变动的情况及对水轮机性能的影响；第五章水轮机调速器主要内容以及要了解和掌握要点：1、水轮机调节的基本概念水轮机调节的主要任务；水轮机调节的对象；目前调速器的附加功能；水轮机调速器应满足的特殊要求；2、调速器的类型及工作原理调速器的基本类型；水轮机调速器的发展趋势；微机调速器的优点；调速器的基本工作原理；调速器的工作稳定性及静、动特性曲线；有差调节和无差调节适用的场合；3、调速器的主要设备及选择调速器的主要设备及其功用；调速器的基本系列；调速设备选择的一般原则；水力机械课程复习思考题绪论部分：1、为什么说水力发电的可调节性比较好?P1电能不能储存，生产与消费必须同时。
第三节下部块体结构水电站厂房下部块体结构指水轮机层以下的厂房部分，它的形状及尺寸主要取决于水力系统的布置。
中、低水头的水电站的各种机电设备中，过流部件的尺寸相对较大，因此，下部结构的尺寸一般决定了主厂房的长度与宽度。
对于图16-3所示水电站，下部块体结构即高程116. 00 m以下部分，而水力系统包括压力钢管、蝴蝶阀、蜗壳、水轮机、尾水管、尾水闸门及它们的附属设备。
一、水轮机、蜗壳及尾水管的布置同一座水电站上，一般安装相同型号的机组，但有时却由于订货或其他原因不得已安装不同型号的机组。
图16-3所示水电站即属后者，其#3,#4水轮机是天津发电设备厂的HL-200-LJ-250型，转速250 r/min,而#1,#2机是杭州发电机厂的HL-009-LJ-250型。
安装不同型号的机组常给设计、安装、运行、检修带来一些额外的麻烦。
水轮机安装高程是厂房的一个控制性标高。
反击式水轮机的安装高程主要取决于气蚀。
确定安装高程时下游尾水位常取一台机满发时的尾水位。
若水电站建成后下游河床可能会被冲刷而导致水位降低的话，设计下游尾水位还要相应降低。
图16-3所示水电站采用竖轴混流式水轮机，其安装高程(113.70 m)为一台机满发时的下游尾水(115.50 m)加上允许吸出高度H,再加上导叶高度的一半。
厂址的地形地质条件有时也会影响水轮机的安装高程。
例如，基岩座落较深时，适当降低安装高程可使得厂房的基础安置在完好基石上。
引水式厂房内的混流式水轮机一般采用钢蜗壳，其几何尺寸由水轮机厂家提供。
钢蜗壳常埋人混凝土中以防止振动，并由混凝土承受部分不均衡的作用力。
蜗壳上要设进人孔供检修时使用。
进人孔常设在蝴蝶阀下游明钢管上，也可设在蜗壳顶部，从水轮机层地坪向下开孔进人。
竖轴水轮机常采用肘形尾水管，其几何尺寸也由水轮机厂家给出，但可在一定范围内修改（需征得厂家同意），以满足厂房布置的特殊需要。
如图16-3中，为了在尾水管之上布置副厂房，尾水管水平段长度由原来的11. 25 m增至15. 10 m，出口高度也略有增加。
第三章 水轮机工作原理本章教学要求：1． 了解水流在反击式水轮机中的运动规律；2． 熟练掌握水轮机的速度三角形及其作用；3． 熟练掌握水轮机的基本方程极其意义；4． 掌握水轮机效率的定义；5． 掌握水轮机在最优工况、非最优工况下的运行特点。
第一节 水流在反击式水轮机转轮中的运动一、蜗壳中的水流运动反击式水轮机蜗壳的主要作用是以最小的水力损失把水流引向转轮前的导水机构，并使水流能均匀而轴对称地进入导水机构，同时，让水流具有一定的速度环量，以提高作用于工作轮上的有效水能及转轮的运行稳定性。
蜗壳的水力设计就是以完成蜗壳的上述任务为前提。
而蜗壳中的水流运动规律又取决于蜗壳的内壁轮廊线，故蜗壳内壁轮廓线的形状控制了蜗壳内的水流运动规律。
关于蜗壳中的水流运动规律，一般认为有两种形式。
根据设计者的意图，设计出来的蜗壳形状也稍有不同。
这两种规律是：1．蜗壳断面的平均速度周向分量均u V 为常数的规律常数均==0V V u （3-1） 式中0V 为蜗壳进口断面的水流速度。
2． 蜗壳中水流按等速度矩规律运动。
即位于蜗壳内任一点水流速度的切向分量u V 与该点距水轮机轴线的半径r 的乘积不变。
C r V u ==⋅常数 （3-2）式中 u V ——某一点水流速度的圆周分量，见图3-1所示；r ——研究点距水轮机轴线的半径。
图3-1 蜗壳中的水流运动实践证明，水轮机按“等速度矩规律”设计的蜗壳性能较好。
“等速度矩”规律对蜗壳中的水流运动作如下假设：1．忽略水流粘性及与管壁的磨擦损失。
2．蜗壳内壁是光滑的，认为蜗壳中的水流运动是无旋流动。
3．蜗壳中的水流运动是以水轮机轴为对称的运动。
即蜗壳内水流速度V ，压力P 等运动要素有：0,0=∂∂=∂∂θθP V 。
因此，蜗壳内的水流运动为理想液体作轴对称流动。
由式3-2可知，蜗壳中距水轮机轴线半径相同的各点，其水流切向速度u V 相等；蜗壳中距水轮机轴线半径不同的点，其切向速度u V 与半径r 成反比。
