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文本内容:
水轮机期末考试题和答案
一、选择题（本题型共20题，每题1分，共20分）
1.水轮机是将水流的（）能转化为旋转机械能的动力机械A.压力B.动能C.势能D.势能和动能
2.反击式水轮机主要利用水流的（）能和（）能进行能量转换A.压力；动能B.动能；势能C.势能；位能D.动能；压力
3.下列水轮机中属于冲击式水轮机的是（）A.混流式水轮机B.轴流式水轮机C.斜流式水轮机D.水斗式水轮机
4.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
5.水轮机的转速n（r/min）与频率f（Hz）的关系为（）（p为发电机极对数）A.n=60f/p B.n=60f+p C.n=60f-p D.n=60f×p
6.反击式水轮机的吸出高度Hs是指（）A.水轮机中心线到上游水位的距离B.水轮机中心线到下游水位的距离C.导水机构出口到下游水位的距离D.转轮进口到上游水位的距离
7.水轮机的单位转速n11的计算公式为（）A.n11=nH^1/2B.n11=nH^3/4C.n11=nH^1/4D.n11=nH^3/
28.水轮机效率η的组成不包括（）A.水力效率ηh B.容积效率ηv C.机械效率ηm D.传动效率ηd
9.水轮机空化系数σ的定义式为（）第1页共9页A.σ=H_s-H_v/H B.σ=H-H_s/H_v C.σ=H_s+H_v/H D.σ=H-H_v/H_s
10.下列水轮机中适用于高水头、小流量水电站的是（）A.混流式水轮机B.轴流式水轮机C.斜流式水轮机D.水斗式水轮机
11.水轮机调节系统中，（）的作用是根据负荷变化调整导叶或喷管开度A.转速传感器B.调速器C.接力器D.反馈装置
12.水轮机的比转速n_s反映了水轮机的（）性能A.能量转换效率B.结构尺寸C.运行稳定性D.适用水头范围
13.反击式水轮机中，（）的作用是将水流的动能和势能转化为旋转机械能并传递给主轴A.蜗壳B.导水机构C.转轮D.尾水管
14.水轮机在运行中，若吸出高度Hs过小，易导致（）A.效率下降B.空化空蚀C.振动加剧D.轴承过热
15.水轮机的出力N（kW）计算公式为（）（γ为水的重度，N/m³；Q为流量，m³/s；H为水头，m；η为总效率）A.N=γQHη/1000B.N=γQHη×1000C.N=γQH/ηD.N=γQHη
16.下列不属于水轮机过流部件的是（）A.蜗壳B.导水机构C.主轴D.尾水管
17.水轮机的单位流量Q11的计算公式为（）A.Q11=Q/H^1/2B.Q11=Q/H^3/4C.Q11=Q/H^1/4D.Q11=Q/H^3/
218.水轮机在（）工况下运行时效率最高A.额定B.最大负荷C.最小负荷D.空载第2页共9页
19.冲击式水轮机的主要部件不包括（）A.喷管B.折向器C.转轮D.导水机构
20.水轮机的水力损失主要发生在（）A.蜗壳和导水机构B.导水机构和转轮C.转轮和尾水管D.蜗壳和尾水管
二、填空题（本题型共15题，每题2分，共30分）
1.水轮机按工作原理分为（）和（）两大类
2.反击式水轮机的过流部件包括（）、（）、（）和（尾水管）
3.水轮机的能量损失包括（）、（）和（机械损失）
4.吸出高度Hs的影响因素主要有（）、（）和（下游水位波动）
5.水轮机的比转速n_s越高，表明水轮机的（）越小，（）越大
6.水轮机调节系统的基本组成包括（）、（）、（）和反馈装置
7.反击式水轮机中，（）是能量转换的核心部件，其形状直接影响水轮机的效率
8.水轮机的空化空蚀通常发生在（）、（）和尾水管进口等低压区域
9.水轮机的单位转速n
11、单位流量Q11均为反映水轮机（相似特性）的参数
10.水轮机的出力N=（γQHη），其中γ的数值为（9800N/m³）
11.冲击式水轮机中，（喷管）的作用是以高速射流冲击转轮，将动能转化为机械能第3页共9页
12.水轮机的安装高程是指（水轮机中心线至下游设计水位的距离）
13.在水轮机运行中，为防止空化空蚀破坏，可采取的措施有（合理选择吸出高度）、（采用抗空化材料）和（控制运行工况）
14.混流式水轮机适用于（中高水头）和（大流量）的水电站
15.水轮机的空化系数σ与吸出高度Hs的关系为（σ=H_s-H_v/H），其中H_v为（水的汽化压力）
三、简答题（本题型共5题，每题6分，共30分）
1.简述反击式水轮机与冲击式水轮机的主要区别
2.水轮机主要过流部件（蜗壳、导水机构、转轮、尾水管）各自的作用是什么？
3.什么是空化和空蚀？简述空化空蚀对水轮机运行的危害及防止措施
4.水轮机调节系统的工作原理是什么？其核心任务是什么？
5.水轮机的效率由哪几部分组成？如何提高水轮机的总效率？
四、计算题（本题型共3题，每题5分，共15分）
1.已知某反击式水轮机的水头H=45m，流量Q=80m³/s，总效率η=
0.86，水的重度γ=9800N/m³，求该水轮机的出力N（单位kW）
2.某水轮机的吸出高度Hs=-
4.5m，当地大气压力p_a=98000Pa（取1at），水的汽化压力p_v=2338Pa，装置水头H=40m，求该水轮机的空化系数σ（保留两位小数）
2.某水轮机的单位转速n11=150r/min，单位流量Q11=6m³/s·m^1/2，当实际水头H=36m时，求该水轮机的实际转速n和实际流量Q
五、论述题（本题型共1题，每题5分，共5分）第4页共9页
1.结合水轮机的工作原理，分析在水电站设计中，如何根据水头和流量选择合适的水轮机类型，并举例说明答案汇总
一、选择题
1.C；
2.A；
3.D；
4.C；
5.A；
6.B；
7.A；
8.D；
9.A；
10.D；
11.B；
12.A；
13.C；
14.B；
15.A；
16.C；
17.A；
18.A；
19.D；
20.B
二、填空题
1.反击式水轮机；冲击式水轮机
2.蜗壳；导水机构；转轮
3.水力损失；容积损失
4.水轮机类型；水头；下游水位波动
5.适用水头；出力（或流量）
6.转速传感器；调速器；接力器
7.转轮
7.导水机构出口；转轮进口（或蜗壳出口）
8.相似特性
9.γQHη；9800N/m³
10.喷管
11.水轮机中心线至下游设计水位的距离
12.合理选择吸出高度；采用抗空化材料；控制运行工况在安全区域
13.中高水头；大流量
14.σ=H_s-H_v/H；水的汽化压力
三、简答题
1.反击式水轮机与冲击式水轮机的主要区别第5页共9页o能量转换方式反击式水轮机利用水流的势能和动能（水流在转轮进出口存在压力差），冲击式水轮机仅利用水流的动能（高速射流冲击转轮）o适用水头反击式适用于中低水头，冲击式适用于高水头o过流部件反击式有蜗壳、导水机构、转轮、尾水管；冲击式有喷管、折向器（或针阀）、转轮、机壳o结构特点反击式转轮为封闭结构，冲击式转轮为多斗式结构
2.水轮机主要过流部件的作用o蜗壳使水流均匀、轴对称地进入导水机构，将水轮机进口的水流能量损失降至最低o导水机构调节进入转轮的流量和水流的环量，改变水轮机的出力，在停机时关闭水流o转轮核心部件，将水流能量转化为旋转机械能，反击式转轮通过叶片与水流的相互作用实现能量转换o尾水管回收转轮出口水流的动能和势能，提高水轮机的能量利用效率，可降低水轮机的吸出高度
3.空化和空蚀及危害与防止o空化当水轮机过流部件某点压力降至水的汽化压力时，水流中溶解的气体析出并形成气泡的现象o空蚀气泡在高压区破裂，产生局部高压冲击，导致过流部件表面材料剥蚀的现象（两者常伴随发生）o危害降低水轮机效率、损坏过流部件、产生振动和噪音、影响运行稳定性，严重时导致机组事故第6页共9页o防止措施合理选择吸出高度，避免低负荷运行；采用抗空化材料（如不锈钢、尼龙）；改善过流部件表面光洁度；运行中控制负荷波动，避免进入空化区域；必要时采用补气装置
4.水轮机调节系统的工作原理o当负荷变化时，转速传感器检测实际转速n与给定转速n0的偏差，将偏差信号传递给调速器o调速器根据偏差信号计算调节量，发出指令控制接力器动作，改变导叶（或喷管）开度，调整进入转轮的流量和能量o导叶开度变化后改变水轮机出力，使转速恢复至n0，反馈装置将导叶实际开度反馈给调速器，形成闭环控制o核心任务维持水轮机在给定转速下稳定运行，根据负荷变化快速响应，保证机组出力与负荷平衡
5.水轮机效率组成及提高措施o组成总效率η=ηh（水力效率）×ηv（容积效率）×ηm（机械效率）o提高措施§优化水力设计（如改进叶片形状减小水力损失）；§保证过流部件表面光洁度，减少水力损失；§采用密封结构减少容积损失（如导叶密封、主轴密封）；§定期维护轴承，减少机械摩擦损失；§控制运行工况在高效区，避免偏离设计点运行
四、计算题
6.解:N=γQHη/1000=9800×80×45×
0.86/1000=9800×80×45×
0.86÷100第7页共9页0=9800×80×45×
0.86/1000=9800×3600×
0.86/1000=35280000×
0.86/1000=30340800/1000=
30340.8kW答该水轮机的出力为
30340.8kW
2.解:σ=p_a-p_v/γH=98000-2338/9800×40=95662/392000≈
0.24答该水轮机的空化系数为
0.
243.解:实际转速n=n11/H^1/2=150/√36=150/6=25r/min实际流量Q=Q11H^1/2=6×√36=6×6=36m³/s答实际转速为25r/min，实际流量为36m³/s
五、论述题
1.水电站设计中，水轮机类型选择需结合水头和流量特性o高水头、小流量选冲击式水轮机（如水斗式），因高水头下冲击式水轮机效率更高；o中低水头、大流量选反击式水轮机，如混流式（适用于高水头大流量，如三峡水电站部分机组）、轴流式（适用于低水头大流量）；o举例§某水电站水头H=150m，流量Q=50m³/s，中高水头大流量，选混流式水轮机（如HL240-LJ-500型）；§某水电站水头H=500m，流量Q=20m³/s，高水头小流量，选水斗式水轮机（如FJ120-WJ-100型）；§某水电站水头H=30m，流量Q=200m³/s，低水头大流量，选轴流转桨式水轮机（如ZZ560-LH-600型）核心原则在保证高效区运行的前提下，结合水头（高/中/低划分）和流量（大/小划分）选择匹配的水轮机类型，以实现水电站经济运行第8页共9页第9页共9页。
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