模拟题

2005-2006学年第二学期水轮机期末试卷

（热能与动力工程专业03级）

班级 学号 姓名 成绩 一、名词解释：（20分，每小题4分）

1、水轮机基本方程（写出公式）

或：

或：

2、水轮机效率

答：水轮机效率指水轮机输出功率与水流输入功率之比。水轮机总效率由水力效率、容积效率和机械效率组成。

3、HL220—LJ—550

答：混流式水轮机，转轮型号为：220，转轮安装方式为：立轴，金属蜗壳，转轮标称直径为：550cm

4、水轮机单位转速n11

答：水轮机单位转速际转速。

5、盘车

表示当，时该水轮机的实

答：所谓“盘车”就是通过人为的方法，使水轮发电机组的转动部分缓慢地旋转，并按人们预定的要求暂停和再起动的过程。

通过“盘车”，可以了解机组轴线各部位的现实摆度状况，掌握机组轴线的具体倾斜和曲折的数据，从而判定轴线的质量是否合格，为下一步轴线的处理和调整提供了可靠的技术数据。

二、判断题：（10分，每小题1分）

1、相似工况的原型水轮机效率总是大于模型水轮机效率。（ ╳ ）

2、蜗壳同一圆断面上应力最高点发生在离座环最远点处。（ ╳ ）

3、不同比转速的水轮机在偏离最优水头时效率下降的快慢程度不同，对于反击式水轮机，高ns水轮机在偏离最优水头时效率下降比低ns水轮机慢。（ √ ）

4、轴流式水轮机导叶相对高度（b0/D1）随水头的提高而增大。 （ ╳ ）

5、轴流转桨式水轮机保持协联关系时的单位飞逸转速较不保持协联关系时的单位飞逸转速大。（ √ ） 6、高比转速轴流式水轮机转轮出口的相对动能V22/(2gh)比较大（√) 7、水轮机的装置空化系数越大，水轮机越不容易发生汽蚀 (╳ ) 8、水轮机的比转速越大，导叶的相对高度越小 ( ╳ ) 9、低比转速混流式转轮有D1>D2，高比转速混流式转轮有D1

三、填空题（20分，每小题2分）

1、关于蜗壳内的水流运动规律，有两种假设，是 蜗壳断面的平均速度周向分量

为常数 和 蜗壳中水流按等速度矩规律运动 。

2、按水流流经导叶时的流动特点，导水机构分为三种：径向式导水机构 、 轴向式导水机构 、 斜向式导水机构 。

3、目前认为，空蚀对金属表面的破坏有机械作用 、 化学作用 、和 电化作用 三种。

4、衡量水轮机性能好坏有两个重要参数，一个是 效率 ，另一个是 空化系数

。

5、两个水轮机的液流如果是力学相似时，必需具备三个条件： 几何相似 、 运动相似 、和 动力相似 。

6、在反击式水轮机中， 混流式 水轮机的应用水头范围最为广泛， 贯流式 水轮机应用水头较低，常用于潮汐电站。

7、以 单位参数n11、Q11 纵、横坐标轴的特性曲线称为水轮机的模型综合特性曲线，以 工作参数H、P 为纵、横坐标轴的特性曲线称为水轮机的运转综合特性曲线。

8、混流式水轮机的转轮由 上冠 、 下环 、 叶片 组成。

9、在反击式模型水轮机能量试验中，试验的主要目的是确定 水轮机的性能 ，主要测量的参数有 水头 、 流量 、 转速 和 出力 测量；

10、混流式水轮机引水室包括 开敞式引水室 、 罐式引水室 、 蜗壳式引水室 。

《水轮机》模拟试卷一

一、判断题（正确打“√”，错误打“×”，每小题2分，共10分）

1、混流式水轮机比转速越高，转轮叶片数越少。 （ ）

负荷时尾水管内压力脉动大。（ ）

3、轴流转桨式水轮机的最大出力主要受空化条件的限制，因此在模型综合特性曲线上不作出力限制

线。 （ ）

况时效率下降比低比转速水轮机慢。（ ）

5、水轮机工况相似，则水轮机比转速必然相等，反之，亦然。 （ ）

二、填空（每空1分，共22分）

1、在反击式水轮机中， 水轮机的应用水头范围最为广泛， 水轮机应用水头较低，常用于潮汐电站。

2、水斗式水轮机的过流部件

有 、 、 、 和 。

3、水轮机牌号XLN200-LJ-300表示 。 4、金属蜗壳按其制造方法

有 、 和 三种类型。

5、为提高水斗式水轮机的比转速，常采

用 、 、

、 途径来实现。

6、以 为纵、横坐标轴的特性曲线称为模型综合特性曲线，以 为纵、横坐标轴的特性曲线称为运转综合特性曲线。

7、混流式转轮按制造加工方法的不同可分为 、 和 三种。

8、冲击式水轮机喷管型式主要有 和 两种。 三、解释下列名词（符号）的意义（每题3分，共24分） 1、水轮机效率

2、混流式水轮机标称直径D1（并画图表示） 3、水泵的基本方程 4、真空破坏阀

5、轴流转桨式水轮机的协联工况 6、反击式水轮机的反击度 7、飞逸转速

8、水轮机蜗壳包角

四、计算题（每题8分，共24分）

1、已知轴流式水轮机下列数据：水轮机直径D1=8m，轮毂直径dg=3.2m，设计流量Q=215.5m3/s；设计水头H=14m，转速n=71.4 r/min，水力效率ηs=0.98。 试求在最优工况下D1=8m处圆柱层上转轮进、出口速度三角形中的V1、W1、β1和V2、W2、β2 。（假设轴面速度均匀分布，水流法向出口和不计叶片排挤）

2、已知某水电站装有若干台混流式机组，水轮机的设计水头H=100m、空化系数σ=0.2，下游最低水位▽下=1133m，D1=6m，b0=0.2D1求水轮机的吸出高度及安装高程分别是多少，并图示说明。（取水轮机的空化安全系数Kσ=1.2）

3、已知模型混流式水轮机的转轮直径D1M=0.3m，试验水头HM=3.5m，模型机组在最优工况下的转速n0=430 r/min，流量Q0=0.15m3/s，试求：

（1）原型机组直径D1T=5.0m和水头HT=90m，在相似工况下的转速和流量； （2）根据给定的直径决定最优工况的单位参数；

（3）已知模型水轮机在最优工况时的效率为0.90，求原型水轮机在最优工况时的效率。

五、问答题（每题5分，共20分）

1、反击式水轮机有哪些过流部件？并回答每个过流部件的主要功能。 2、为什么要进行水轮机模型试验？并说明进行水轮机能量试验时，其测量的主要参数和方法。

3、简述水轮机抗空化的措施。

4、灯泡贯流式机组与立式机组有何区别，相比较其优点是什么？

《水轮机》模拟试卷二

一、判断题（正确打“√”，错误打“×”，每小题2分，共10分） 1．水轮机的装置空化系数越大，水轮机越不容易发生汽蚀 ( )

2．ZZ式水轮机保持协联关系时的单位飞逸转速较不保持协联关系时的单位飞逸转速大 ( )

3．水轮机的比转速越大，导叶的相对高度越小 ( )

4．吸出高度Hs越小，水轮机的安装位置越低，水轮机的抗汽蚀性能越差 ( ) 5．低比转速混流式转轮有D1>D2，高比转速混流式转轮有D12， ( ) 二、填空题（每空1分，共22分）

1、水轮机的基本工作参数主要有 、 、 、 和 。 2、空蚀对金属材料表面的侵蚀破坏有 作用、 作用和 作用三种。

3、混流式水轮机转轮基本上由 、 、 、 、 和 组成。 4、水轮机蜗壳可分为 蜗壳和 蜗壳两种。

5、两个水轮机的液流力学相似的三个条件： 、 和 。 6、在冲击式水轮机中，以工作射流与转轮相对位置及射流做功次数的不同，可分为 、 和 三种。

三、解释下列名词（符号）的意义（每题3分，共24分） 1、GZ440-WP-750 2、单位流量 3、水轮机效率

4、轴流式水轮机的标称直径（图示） 5、水轮机的最优工况 6、叶片泵的基本方程

7、水轮机模型综合特性曲线 8、转浆式水轮机的协联关系

四、计算题（每题8分，共24分）

1、已知混流式水轮机的工作水头H=26m，流量Q=16m3/s，转轮直径D1=2m，同步转速n=150r/min，水力效率ηs=0.9，导叶高度b1=0.1D1，假定无撞击进口和法向出口，且进、出口水流均匀，忽略叶片排挤，试确定叶片进口角β1。

2、已知某水电站海拨高程为300m，设计水头H=15m，选用轴流式水轮机允许空化系数σ=0.6，若将水轮机转轮中心线距离下游最低水位确定为-0.5m，问是否满足要求？为什么？（取水轮机的空化安全系数K=1.1）

3、已知ZZ440-LH-330型水轮机轮毂比dB/D1=0.5，导叶相对高度b0/D1=0.375，导叶出口水流角α0=50o，设计水头Hr=34.73m，设计工况下n11=120转/分，Q11=900升/秒，试求D=2.64m的圆柱层上转轮进口的速度V1、W1和角度β1（不计叶片排挤，并设轴面水流均匀分布，导叶出口至转轮进口流动无撞击）。 五、问答题（每题5分，共20分）

1、简述轴流式水轮机的特点，并分析说明这种类型的水轮机为什么不能适应高水头？

2、试说明水轮机选择设计的内容。

3、作出混流式水轮机模型综合特性曲线示意图，说明各曲线的含义。 4、试说明尾水管中的偏心涡带是怎样形成的？有何不利影响？

《水轮机》模拟试卷三

一、判断题（正确打“√”，错误打“×”，每小题2分，共10分）

1、高比转速水轮机导水机构中的相对水力损失比低比转速水轮机导水机构中的相对水力损失

大 ( )

2、水电机的装置空化系数越大，水轮机越不容易发生汽蚀 ( )

3、同一个系列的水轮机，它们限制工况点的比转速Ns相同 ( )

4、低比转速Ns的混流式水轮机转轮流道狭窄，用一元理论设计比较合理 ( )

5、水轮机的相似条件是：除几何相似外，还要同时满足动力相似，因

此在水轮机模型试验时，必须满足原模型水轮机的Sh，Re，Fr，Er四个相似准则数相同（ ） 二、填空题（每空1分，共22分） 1、水轮机模型试验按目的可分为 、 、 、 和 等 2、水轮机的气蚀包括 和 两个过程。 3、水轮机金属蜗壳按其制造方法有 、 和 三种类型。 4、大中型轴流式水轮机的引水部件由 和 组成。 5、冲击式水轮机的喷管主要由 、 和 组成。 6、水轮机的线性特性曲线可用 、 和 三种不同形式表示。 7、水轮机的空化和空蚀可分为 、 、 和 四种类型 三、解释下列名词（每题3分，共24分） 1、水轮机最优工况 2、水轮机蜗壳的包角 3、混流式水轮机吸出高度Hs（并画图表示） 4、水轮机飞逸转速 5、HL220—LJ—550 6、水轮机的相似定律 7、水轮机的无撞击进口和法向出口 8、空化、空蚀现象 四、计算题（每题8分，共24分） 1．已知轴流式水轮机下列数据：D1=8m，dg=3.2m，设计流量Q=215.5m3/s，设计水头Hr=14m，转速n=71.4转/分，水力效率ηs=0.92，试求在最优工况下，D1=8m处圆柱层上转轮进出口速度三角形中的V1，W1，β1,V2，W2，α（假设轴面速度均匀分布，水流法向出口和不计叶片排挤）（20%） 2．已知某水电站海拨高程为270m，设计水头H=15m，选用轴流式水轮机允许空化系数σ=0.6，将不轮机转轮中心线距离下游最低水位确定为0.5m，2

是否满足要求？你是如何确定的？（取空化安全系数K=1.1）（10%） 3．已知某水电站选用混流式水轮机D1=0.8m，工作水头H=32m，最优单位转速(n110)M=30 r/min，设计点的单位流量Q11=1.1m3/s，模型效率η=0.90，不考虑原模型水轮机的效率修正，求该水轮机的流量、转速和出力各是多少？（10%）

五、问答题（每题5分，共20分）

1．为什么在一定的水头段只能采用对应合适比转速的水轮机？ 2．在水轮机水头和转速不变的情况下，如何调节水轮机的流量？当流量改变时， HL式水轮机转轮进出口速度三角形将发生什么变化？（以流量增加情况为例）。

3．根据水斗式水轮机单位流量和单位转速的公式，分析说明水斗式水轮机为何单位流量变化范围很大而单位转速变化范围较小。

4．设计转轮时常使高比速转轮出口略带环量，这是为什么？低比速转轮可否同样处理？为什么？

《水轮机》模拟试卷四

一、判断题（正确打“√”，错误打“×”，每小题2分，共10分）

1、混流式水轮机转轮内的水流轴面流线是近似与水轮机轴线保持平行的直线。 （ ）

2、两台水轮机工况相似的充要条件是：两台水轮机的过流部分形状相似，几何尺寸成比例。 （ ）

3、由于尾水管能够使水轮机转轮出口处水流能量有所降低，故尾水管能创造能量。 （ ）

4、在同样水头条件下，轴流式水轮机比混流式水轮机具有更小的吸出高度。 （ ） 5、冲击式水轮机工作轮在与水流进行能量交换时，仅接受了水流的动能。 （ ） 二、填空题（每空1分，共22分）

1、在反击式水轮机中， 水轮机的应用水头最高， 水轮机应用水头较低，常用于潮汐电站。

2、混流式水轮机的转轮由 、 、 组成。 3、水轮机的空化和空蚀按其发生的部位通常可分为四类，即 、 、 、 。

4、在反击式模型水轮机能量试验中，试验的主要目的是确定 ，主要测量的参数有 、 、 和 测量；

5、混流式水轮机引水室包括 、 、 。

6、冲击式水轮机可分为： 、 和 三种。 7、抽水蓄能电站使用的水轮机将 和 合而为一。 三、解释下列名词（符号）的意义（每题3分，共24分）

1、HL220—LJ—550

2、反击式水轮机的单位转速 3、水轮机工作水头 4、蜗壳的包角

5、轴流转浆式水轮机的协联关系 6、水轮机最优工况 7、水轮机的单位流量

8、水轮机运转综合特性曲线

四、计算题（每题12分，共24分）

1、已知某水电站选用ZZ440型水轮机，设计水头H=28.7m，水轮机直径D1=3.3m，轮毂体直径d=1.5m，设计工况点的单位转速为132转/分，单位流量为1250升/秒，水轮机水力效率为0.9；假设设计工况下转轮出口水流为法向出口，轴面水流为均匀分布，求在D1=3.3m处转轮进口速度三角形。

2、已知某水电站海拨高程为270m，设计水头H=15m，选用轴流式水轮机允许空化系数σ=0.6，若将水轮机转轮中心线距离下游最低水位确定为0.5m，是否满足要求？

（取空化安全系数K=1.1） 五、问答题（每题5分，共20分）

1、尾水管的作用？

2、防止水轮机汽蚀主要有哪些措施？

3、流式和混流式转轮中水流运动各有什么特点？ 4、水轮机选型的原则是什么，基本过程是怎样的？

《水轮机》模拟试卷五

一、判断题（正确打“√”，错误打“×”，每小题2分，共10分）

1．水轮机比转速越高，其应用水头越低 （ ）；

2．混流式水轮机比转速越高，转轮叶片数越少 （ ）；

3．混流式水轮机在部分负荷时尾水管内压力脉动比满负荷时尾水管内压力脉动大 （ ）。

4．轴流式水轮机导叶相对高度（b0/D1）随水头的提高而增大（ ）。 5．轴流转桨式水轮机的最大出力主要受空化条件的限制，因此在模型综合特性曲线 （ ）

二、填空（每空1分，共22分）

1、反击式水轮机一般分为 、 、 、 四种；混流式水轮机一般

由 、 、 、 和 等组成；XLN220—LJ—300的含义是 。

2、反击式水轮机模型能量试验中，其试验主要目的是确定 ，主要测量的参数

有 、 、 和 等；

3、水轮机的空化和空蚀按空化和空蚀发生的部位通常可分为四类，

即 、 、 、 ；水轮机的蜗壳分为 、 ；

4、以 为纵、横坐标轴的特性曲线称为模型综合特性曲线。 5、衡量水轮机性能好坏有两个重要参数，一个是 ， 另一个是 。

三、解释下列名词（符号）的意义（每题3分，共24分）

1、反击式水轮机的单位转速 2、水轮机工作水头 3、蜗壳的包角 4、水轮机的效率 5、水轮机比转速ns

6、轴流式水轮机的标称直径，并画图表示 7、水轮机的基本方程式 8、 水轮机的空化系数σ

四、计算题（每题8分，共24分）

1、已知某水电站选用ZZ440型水轮机，设计水头H=28.7m，水轮机直径D1=3.3m，轮毂体直径d=1.5m，设计工况点的单位转速为132转/分，单位流量为1250升/秒，水轮机水力效率为0.9；假设设计工况下转轮出口水流为法向出口，轴面水流为均匀分布，求在D1=3.3m处转轮进口速度三角形。

2、已知ZZ440-LH-330型水轮机轮毂比dB/D1=0.5，导叶相对高度b0/D1=0.375，导叶出口水流角α0=50o，设计水头Hr=43.73m，设计工况下n11=120转/分，Q11=900升/秒，试求D=2.8m的圆柱层上转轮进口的速度V1、W1和角度β1（不计叶片排挤，并设轴面水流均匀分布，导叶出口至转轮进口流动无撞击）。

3、已知某水电站海拨高程为600m，设计水头H=95m，选用混流式水轮机允许空化系数σ=0.15，若将水轮机转轮中心线距离下游最低水位确定为-1.0m，问是否满足要求？为什么？（取水轮机的空化安全系数K=1.15） 五、问答题（每题5分，共20分）

1、简述轴流式水轮机的特点，并简要说明这种类型的水轮机为什么比混流式水轮机适应水头低？

2、作出混流式水轮机模型综合特性曲线示意图，说明各种曲线的含义。 3、弯肘形尾水管的作用是什么，并简要说明尾水管中的偏心涡带是怎样形成的？如何消除？

4、水轮机模型综合特性曲线转算成原型运转特性曲线时，等效率曲线上的拐点如何确定？

四、计算题（20分，每小题10分）

1、已知ZZ440-LH-330型水轮机轮毂比dB/D1=0.5，导叶相对高度b0/D1=0.375，导叶出口水流角α0=50o，设计水头Hr=33.73m，设计工况下单位转速n11=120转/分，单位流量Q11=900升/秒，试求D=2.64m的圆柱层上转轮进口的速度绝对速度V1、相对速度W1和角度相对速度与圆周速度的夹度β1（不计叶片排挤，并设轴面水流均匀分布，导叶出口至转轮进口流动无撞击）。 解：

U1

2、已知模型混流式水轮机的转轮直径模型机组在最优工况下的转速

(1)原型机组直径量；

米，试验水头

m3/s,试求：

米，

r/min，流量

米和水头

米，在相似工况下的转速和流

(2)根据给定的直径决定最优工况的单位参数；

(3)已知模型水轮机在最优工况时的效率为0.90，求原型水轮机在最优工况时的效率。 解：(1)

由：有：

(2)

(3)

五、问答题（30分，每小题15分）

1、混流式尾水管的作用？（要求说明三种情况：没有尾水管、圆柱形尾水管、直锥形尾水管，并推导出回收能量的形式和多少）（15分）。

答：尾水管的作用为：

①将转轮出口处的水流引向下游；

②利用下游水面至转轮出口处的高程差，形成转轮出口处的静力真空；

③利用转轮出口的水流动能，将其转换成为转轮出口处的动力真空。

⑴没有尾水管时，转轮利用的能量为：转轮后至下游水面高差

没有利用，同时损失掉转轮出口水流的

全部动能；

⑵具有圆柱形尾水管时，转轮利用的水流能量为：

比没有尾水管时多利用了吸出水头，但动能仍然损失掉了，且

增加了尾水管内损失

⑶具有扩散型尾水管时，转轮利用的水流能量为：

用

扩散型尾水管代替圆柱型尾水管后，出口动能损失由所恢复的动能为：

减少到，

。

2、混流式水轮机和水斗式水轮机的基本结构各有哪些主要部件？其模型综合特性曲线各有什么特征？（15分）

答：混流式水轮机的主要部件包括蜗壳、固定导叶、活动导叶、转轮和和尾水管。

水斗式水轮机的主要部件包括进水管、喷管、转轮、外调节机构、副喷嘴、机壳和排水坑渠。

混流式水轮机模型综合特性曲线由等效率线、等开度线、等空化系数线与出力限制线所构成。混流式水轮机模型综合特性曲线上通常标有5%出力限制线。

水斗式水轮机模型综合特性曲线等效率曲线扁而宽，一般不 标注出力限制线

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