??由
cVmax1000?4??2?12gH02?10?100 .6 为极限水锤
（2） 计算管道末端A处水锤压力相对值
??水锤常数：
LVm500?4??0.4gH0Ts10?100?50
A?m?由极限水锤计算公式：
2?2?0.4??0.52??2?0.4
（3） 水轮机上游200m处水锤压力值：因极限水锤沿压力管道分布为直线规律，所以
有：
c?m?300?0.5?0.3500
c?H??m?H0?0.3?100?30m水锤压力升高值：
10.某引水式水电站设计水头为100m，1#机组压力钢管的总长度为80m，钢管直径为
3
1.8m，管内最大流量为10m/s，水锤波速为1000m/s，导叶关闭时间Ts=4s，试求当丢弃负荷（τ0=1）时：（1）水锤类别；（2）水锤的大小。（5）
解：（1）判别水锤的类别
Ts=4s>2L/a=2×80/1000=0.16s 发生间接水锤 （2）计算水锤压强值 静水头Hg=100（米）
压力钢管的流速
v0?QmaxA?103.14?0.92?3.93(m/s)
水管特性系数??av0Lv01000?3.9380?3.93??2.0 ????0.08 2gHg2?9.81?100gHgTs9.81?100?4由??0?2.0?1.6得出水锤为极限水锤。
?0.0822(??4??)?(0.08?4?0.08)?0.08 22水锤压强值为
?H??m?Hg?0.08?100?8（米）
45
11.某水电站光滑明钢管的最大设计流量为8.7 m/s，钢管的经济流速为4.4 m/s，水电站的设计水头为143m（含水锤压强）；钢管的容许应力????129.36MPa,钢管的焊缝系数
3
??0.90。试拟定压力钢管的内直径和管壁厚度？（4）
解：（1）压力钢管的内直径D0 4Q4?8.7 D0???1.59（米）?ve3.14?4.4（2）管壁的初步厚度t0
?gHD01000?9.81?143?1.59t0?w??9.6(mm)
2?[?]2?0.90?129.36?103取t0?10(mm)
考虑钢管管壁厚度的制造误差以及钢管运行中的磨损和锈蚀，管壁厚度应比计算厚度增加2mm的厚度欲量；t?t0?2?10?2?12?mm?
满足规范规定的最小厚度，且同时满足下式条件 D01590t0??4??4?5.99(mm)
800800所以管壁厚度t?12mm
12.某水电站在计算机组间距时，资料如下：发电机风罩外径6.3米，发电机通道宽2
米；蜗壳的最大尺寸为6.6米，两蜗壳间混凝土厚度为3米；尾水管的出口宽度为6.5米，尾水闸墩厚度3米。试确定机组间距。（7）
解：当机组间距由发电机尺寸控制时 Lc?Db?B净=6.3+2=8.3(米)
当机组间距由蜗壳尺寸控制时 Lc?L1?L2???6.6?3?9.6（米）
当机组间距由尾水管尺寸控制时 Lc?B尾+?墩=6.5+3=9.5(米)
（米）取上述最大值为机组间距，所以机组间距Lc?9.6。
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13.某有压引水式水电站，水库正常蓄水位370m，水库死水位345m，下游正常尾水位221m，压力钢管的总长度为 500m，光管直径为1.8m，管内最大流量为12.1m3/s，水锤波速为1000m/s，阀门按直线规律关闭，阀门（导叶）有效关闭时间Ts=3.4s，厂家容许值为[ζ] ?50。试求丢弃全部符合（τ0=1）时压力钢管末端的水锤压强相对升高至ζmax ，若不满足要求，可采取哪些措施？（5）
解：1）判别水锤的类型
Ts=3.4s > 2L/a=2×500/1000=1s 为间接水锤 2）计算水锤压强值
静水头Hg=370-221=149（米） 压力钢管的流速v0=
Qmax12.1 ==4.76（m/s）A3.14?0.92av01000?4.76??1.62 σ
2gHg2?9.81?149水管特性系数 ρ=
=
Lv0500?4.76==0.48 gHgTs9.81?149?3.4有ρτ0=1.62>1.6得出水锤为极限水锤。 ξm= （?2?2?4+?）=0.48（0.482+4+0.48）=0.61>[?] 2不满足水锤压强值，采取的措施有：缩短压力管道的长度；减小压力管道中的流速；选择合
理的调节规律；延长有效的关闭时间（设置减压阀、设置水阻器、设置折向器）。
《水电站》课程考试试题库
第八部分 考试模拟题
8.1水电站试卷（1）及评分标准
一.是非题(每小题3分，共30分)
下列陈述是否正确?如果正确,请在相应题目后括号中填写√；如果错误，请在相应的题目后括号中填写×，并给出正确叙述。
1.比转速ns是一个能综合反映水轮机工作参数n，H，N和Q之间关系的无量纲参数，其值不随工况变化而变化，因而是水轮机分类主要依据。（×）
答：水轮机比转速是1m水头下发出一千瓦出力时的转速。它是一个有量纲的综合参数且随工况变化而变化。
2.回收利用转轮出口能量是反击时水轮机尾水管的重要功能之一，所以，尾水管的动能恢复系数应该越高越好。【×】
答：在设计和使用水轮机时，总是力图提高叶轮流道相对流速和尾水管的动能恢复系数，以减小机组尺寸和充分利用水能。但这样会增加水轮机的气蚀系数，增加气蚀危险性。应该合理的协调气蚀性能和转轮效率关系，而不是单独追求提高尾水管的动能恢复系数。
3.每一座水电站的输水系统中都有拦污栅，进水口，闸门，压力管道，调压室，蝴蝶阀。
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【×】
答：一座水电站的输水系统中是否设调压室，应该根据其水利惯性时间常数的大小以及调节保证计算决定。对于比较长的输水管道才考虑是否设调压室。只有集中供水或者分组供水的钢管才采用主阀，且中低水头时使用蝴蝶阀高水头用球阀。
4.一般地说，水电站水道系统经济流速按从大到小次序排列，依次为渠道，有压隧洞和压力钢管。【√】
5.通常情况下，水电站的有压进水口引用深层水，无压进水口引用表层水。【√】
6.不论是电站安装的是反击式水轮机还是冲击式水轮机，发生水锤通常是因为机组出力发生改变，输水系统的流量变化，因此可以用同样的公式计算这两种机型的水锤问题，且结果精度相同。【√】
7.为了降低水锤压强，减少输水系统造价，水电站的有压发电输水系统中都必须设调压室。【×】
答：一座水电站的输水系统中是否设调压室，应根据其水利惯性时间常数的大小以及调节保证计算结果决定。不是所有水电站输水系统都设调压室，例如河床式、坝后式水电站都不设调压室。
8.水电站厂房的长度和宽度取决于下不块体的结构形式和尺寸。【×】
答：确定水电站厂房长度和宽度除了考虑下部块体的结构形式和尺寸，还要考虑发电机层尺寸、桥式起重机跨度、大部件的调运方式和主厂房内的交通布置。
9.在相同条件下，与简单调压室相比，阻抗式调压室的涌浪幅度小，稳定时间短。【√】 10.若厂房处地基条件差，且吊车荷载很大，装配场和机组段之间应该设置伸缩沉降缝。【√】
二、简答题（每小题8分，共40分）
1.水电站应该满足哪些基本要求？设计渠道的水力计算包括哪些内容，其基本目的是什么？
答：基本要求：①过水能力满足要求，②水质符合要求，③运行可靠，④结构合理。（4分没解释2分）
水力计算内容：恒定流计算。求渠道均匀流下水深与流量关系（2分）。 非恒定流计算。求渠道均匀流下水深与流速关系。（2分） （第2问共4分，没解释清楚给2分，无要点不给分） 2.简述明钢管设计的主要内容。
答：①布置：包括直段、弯管、异型、岔管。（2分）
②拟定管径、壁厚。（2分） ③应力分析，强度校核。（2分） ④抗外压稳定校核。（1分） ⑤镇、支墩设计。（1分）
（以上要点没解释清楚给1分，无要点不给分）
3.压力管道有哪几种方式向机组供水？若采用明钢管，在设计其镇墩是主要考虑哪些问题？
答：供水方式：①单元供水②集中供水③分组供水（3分，没解释给2分）
镇墩设计：①抗滑稳定（2分）②地基应力（2分）③结构布置（1分） （第2问共5分，没解释请楚给3分）
4.水电站可以采取哪些措施来减小水锤压强？试简述这些措施基本原理。 答; ①减少管道长度。（设置调压室或地下厂房调整其位置）使进口的反射波能较早的回到
压力管道的末端，增加调节过程中水锤的相数，加强进口反射波消减水锤压强的作用；
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L减小，σ减小，从而ξ减小。（2分） ②减小管道中的流速。（增加压力管道断面积）可以减小其中单位水体的动量，因此，在同
样调节时间里，可以减少动量的变化梯度，从而减小水锤压强。Ts一定，v减小，σ减小，从而ξ减小。（2分）
③采用合理的调节规律。在调解时间Ts一定的情况下，调节规律决定水锤曲线形状，因而
决定水锤压强的最大值，关闭越快水锤压强越大。（2分）
④减少管道的流速变化梯度。设置调压阀：用负荷减压阀逐渐开启向下游泄放部分流量。从
而减少压力管道流速的变化梯度，减少水锤压强。设置水阻器：用水阻器吸收部分电能，使调速器在一段较长时间内关闭水轮机导叶，减小压力管道流速的变化梯度。（2分） 5.当发电蹭楼板高程低于下游洪水位时，装配场高程有哪些选择方案？ 答：①装配场与对外交通道路同高，均高于下游水位。装配场可能加长，厂房将加高（3分）。 ②装配场与发电机组同高，均低于下游水位。此时对外交通有两种处理方法，一是用斜坡段
连接装配场与外道路，其斜坡段外侧全线修筑挡水墙，以保证洪水期对外交通；另外一种是将主厂房做成止水门，洪水期关闭大门，暂时中断对外交通，值班人员则经高处的通道进出厂房。（3分） ③装配场与发电机层同高，而在装配厂上布置一块货车停车卸货处，该停车处与对外交通道
路齐平。（2分）
三、计算题（每小题10分，共30分）
1.某坝后式电站的海拔高程为450.0m，其最小水头61.0m，平均水头70.0m，设计水头66. 5m，最大水头84.0m，安装4台立轴式HL220水轮机，采用金属焊接蜗壳。已知该水轮机模型转轮的标称直径为0.46m，模型转轮最有工况的单位转速为70r/min，单位流量为1000L/s，效率91.0％，气蚀系数为0.115.模型转轮设计工况单位流量为1150L/s，效率89.0％，气蚀系数为0.133，气蚀系数修正值取0.02。原型转轮的标准直径为3.3m，最优工况的效率为92.2%。
【注：同步转速系列为：300，250，214.3，187.5，166.7，150，136.4，125，115.4，107.1，100，93.8，······，60r/min】
1) 试写出该水电站水轮机的型号；（2分） 2) 计算该电站机组的转速；（4分） 3) 计算水轮机的吸出高度。（4分）
答：1）该水电站的水轮机型号为: HL220-LJ-330。（2分） 2）
?pmax?n'10??1?n'10?mmax0.924?1?0.007?0.03, 所以单位转速不需修正 （2分） 0.910n'p10?n'm10?70r/min n?n'p10Hav/DP1?66.5*70/3.3?177.47r/min
取最接近此值且偏大的同步转速后，得到本电站的水轮机转速为187.5r/min。 （2分） 3）由Hr=66.5得到???0.02,??450m,?m?0.115 （2分） 吸出高度： Hs=10-
?450?(?m???)*Hr?10??(0.115?0.02)*66.5?0.523m （2分） 9009002.有水库、有压管道和阀门组成的水利系统如下图所示，Ho=200mwc，管道中水流流速
V=1m/s,管道长度L=2000m，水锤波速为1000m/s，假设管道下游末端的阀门瞬间关闭，忽略所有水头损失。
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