1、水輪機及主閥（包括快速閘門）1、什么是水輪機？什么是反擊式水輪機？什么是沖擊式水輪機？其工作特點是什么？答：水輪機是把水流能量轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能的一種動力機械，是利用水電站的水頭和流量來做功的。按水流對轉(zhuǎn)輪的水力作用不同，可分為反擊式水輪機和沖擊式水輪機。反擊式水輪機主要是利用水流的壓能（也有一部分利用水流的動能）來做功。水流通過轉(zhuǎn)輪葉片時，葉片對水流有一個作用力，使水流改變了壓力、流速的大小和方向，反過來，水流對葉片有一個大小相等、方向相反的作用力，即反作用力，形成旋轉(zhuǎn)力矩，使轉(zhuǎn)輪旋轉(zhuǎn)。在反擊式水輪機中按水流經(jīng)過轉(zhuǎn)輪的方向不同，又分為軸流式、混流式和貫流式三種。其中：軸流式水輪機的特點是水流經(jīng)過轉(zhuǎn)

2、輪始終沿著軸的方向；混流式水輪機的特點是水流先沿輻向進入轉(zhuǎn)輪，然后逐漸變?yōu)檩S向而離開轉(zhuǎn)輪，因此，又稱輻向軸流式水輪機；貫流式水輪機的特點是水流從進口到尾水管出口都是軸向的。沖擊式水輪機是依靠高速水流（動能）沖擊轉(zhuǎn)輪葉片而推動水輪機轉(zhuǎn)輪旋轉(zhuǎn)做功的。這種按水流沖擊作用原理工作的 水輪機稱為沖擊式水輪機，常用的有水斗（也稱沖擊）式水輪機。它的工作特點是：來自壓力鋼管的水，通過噴嘴，以高速噴射在轉(zhuǎn)輪的斗葉上，推動轉(zhuǎn)輪旋轉(zhuǎn)做功，然后跌落在機殼下面的尾水渠中。由于水斗式水輪機噴嘴與轉(zhuǎn)輪在同一平面上，射流方向為轉(zhuǎn)輪圓周的切線方向，所以又稱切擊式水輪機。2、水輪機型號？含義？反擊式 分為：混流式 HL 軸流轉(zhuǎn)

3、槳式 ZZ 軸流定槳式 ZD 斜流式 XL 貫流轉(zhuǎn)槳式 GZ 貫流定槳式 GD沖擊式 分為：水斗式 CJ 雙擊式 SJ 斜擊式 XJ主軸布置形式與引水室特征的代表符號：立軸 L 臥軸 W 金屬蝸殼 J 混凝土蝸殼 H 燈泡式 P 明槽式 M 罐式 G 豎井式 S 虹吸式 X軸伸式 Z第三部分為水輪機轉(zhuǎn)輪標稱直徑D1（cm）3、試述不同類型水輪機的適用范圍及其優(yōu)缺點？答：（1）常用的反擊式水輪機有：1）混流式水輪機，可用于15-700m水頭范圍，由于運行穩(wěn)定，最高效率大，我國應(yīng)用普遍，多用于40-150m中等水頭水電站，缺點是最高效率區(qū)較窄2）軸流轉(zhuǎn)槳式水輪機，可用于2-90m水頭范圍，過水能力

4、大，輪葉可以轉(zhuǎn)動，適用于大流量。2-18m低水頭且負荷變化不大的水電站，其運轉(zhuǎn)穩(wěn)定性好，水輪機的高效率區(qū)范圍較寬3）貫流式水輪機，可用于0.5-30m的水頭范圍，過水能力大，流道通暢，水力損失小，效率高，但對密封止水與絕緣要求高，適用于平原地區(qū)低水頭（0.5-16m）、大流量的電站和潮汐電站4）常用的沖擊式水輪機，以水斗（沖擊）式用的比較多，它可用于80-2000m水頭范圍，適用于高水頭、小流量的電站，多用于水頭100m以上的高水頭水電站，結(jié)構(gòu)較混流式簡單。水輪機最高效率值也低于混流式，但高效率區(qū)寬廣。4、什么是反擊式水輪機的基本部件？混流式水輪機主要由那些部件組成？答：對能量轉(zhuǎn)換有直接影響的

5、過流部件叫做水輪機的基本部件。反擊式水輪機由引水（蝸殼）、導(dǎo)水（導(dǎo)水機構(gòu)）、工作（轉(zhuǎn)輪）和泄水（尾水管）四部分組成。混流式水輪機主要部件有主軸、轉(zhuǎn)輪、導(dǎo)軸承、導(dǎo)水機構(gòu)、頂蓋、座環(huán)、基礎(chǔ)環(huán)、蝸殼、尾水管、止漏裝置、減壓裝置和密封裝置等。 5、水輪機蝸殼的主要功用是什么？常用的有那兩種形式？答：（1）保證水流以最小的水力損失把水引向?qū)考瑥亩岣咚啓C的效率（2）盡可能保證沿導(dǎo)水部件的周圍進水流量均勻，水流對稱于軸，以使轉(zhuǎn)輪受力均衡，提高工作的穩(wěn)定性（3）使水流在進入導(dǎo)水部件以前具有一定的環(huán)流，然后很順利的進入工作轉(zhuǎn)輪（4）保證轉(zhuǎn)輪在工作時，始終浸沒在水中不會有大量空氣進入轉(zhuǎn)輪按照蝸殼的制造材

6、料，分為金屬蝸殼和混凝土蝸殼。混凝土蝸殼一般用于低水頭、大流量的大、中型水輪機上，而金屬蝸殼一般用在水頭高于40m的大、中型水輪機上。6、反擊式水輪機導(dǎo)水機構(gòu)的作用是什么？由那些部件構(gòu)成？答：主要作用是：（1）當機組的負荷發(fā)生變化時，用來調(diào)節(jié)進入水輪機轉(zhuǎn)輪的流量，改變水輪機的出力，使其與水輪發(fā)電機的電磁功率相適應(yīng)。（2）正 常和事故停機時，用來截斷水流，使機組停止轉(zhuǎn)動（3）水輪機運行時，使水流按有利的方向均勻地流入轉(zhuǎn)輪導(dǎo)水機構(gòu)由導(dǎo)葉、導(dǎo)葉轉(zhuǎn)動機構(gòu)（包括轉(zhuǎn)臂、連桿和控制環(huán)等）、接力器、頂蓋、底環(huán)及軸承組成。常用的有圓柱式、圓錐式（應(yīng)用于燈泡貫流式和斜流式水輪機）和輻（徑）向式（主要用于全貫流式水

7、輪機）導(dǎo)水機構(gòu)7、反擊式水輪機為什么要設(shè)置尾水管？答：作用是用來回收轉(zhuǎn)輪出口水流中的 剩余能量，常用的有直錐型與彎肘型兩種由于反擊式水輪機轉(zhuǎn)輪出口處的水流速度很大，低水頭電站約36m/s，而水頭較高時，可達812m/s。可見，這部分動能相當可觀。混流式水輪機出口動能占工作水頭的5%-10%；軸流轉(zhuǎn)槳式水輪機出口動能約占工作水頭的30%-45%。如果轉(zhuǎn)輪出口水流直接泄入下游，則這部分動能就被損失掉了。此外，為了方便水輪機安裝和檢修，常將其安裝在下游水位以上，則又有部分位能被損失掉。為了減少這部分能量損失，收回一部分水輪機轉(zhuǎn)輪出口處的水流動能和位能，以增加水輪機的利用水頭，應(yīng)裝設(shè)尾水管。裝設(shè)尾水管

8、后，可使轉(zhuǎn)輪出口水流通暢引至下游；如果轉(zhuǎn)輪安裝在下游水位以上高程，又可利用轉(zhuǎn)輪與下游水位之間水流的位能（指轉(zhuǎn)輪后面的靜力真空，又稱吸出高度）；還可使轉(zhuǎn)輪出口的水流動能的大部分轉(zhuǎn)換為轉(zhuǎn)輪下部的動力真空，使轉(zhuǎn)輪輸入的壓能增加。這些都將提高水輪機工作效率。8、混流式水輪機的轉(zhuǎn)輪由那些部件組成？各部件的作用是什么？答：主要由葉片、上冠、下環(huán)、泄水錐、減壓裝置和止漏裝置組成。他們的作用是：（1）葉片（也稱輪葉）是水輪機轉(zhuǎn)輪實現(xiàn)水能轉(zhuǎn)換的核心，葉片的光潔度、波浪度、尺寸、形狀和厚度是否均勻、合理和一致，對水輪機的性能（如效率、汽蝕）都將產(chǎn)生不同程度的影響（2）上冠的作用是上部連接主軸，下部支承葉片并與下環(huán)

9、一起構(gòu)成過流通道（3）下環(huán)將轉(zhuǎn)輪的葉片連成整體，以增加轉(zhuǎn)輪的強度和剛度，并與上冠一起形成過流通道（4）泄水錐的作用是引導(dǎo)經(jīng)葉片流道出來的水流迅速而又順利地向下宣泄，防止水流相互撞擊，以減少水力損失，提高水輪機的效率（5）止漏裝置的作用是減少轉(zhuǎn)輪上、下轉(zhuǎn)動間隙的漏水量（6）減壓裝置的作用是減少作用在轉(zhuǎn)輪上冠上的軸向水推力，以減輕推力軸承的負荷9、軸流轉(zhuǎn)槳式水輪機的轉(zhuǎn)輪包括那些部件？各部件起什么作用？答：包括轉(zhuǎn)輪體、葉片、泄水錐和密封裝置組成（1）轉(zhuǎn)輪體的四周安放著懸臂式葉片，當水流流經(jīng)葉片時，將水能轉(zhuǎn)換成機械能（2）轉(zhuǎn)輪體內(nèi)有一套操作葉片轉(zhuǎn)動的機構(gòu)，當導(dǎo)葉開度改變時，它能使葉片相應(yīng)地也旋轉(zhuǎn)一個角

10、度，以便與導(dǎo)葉開度相適應(yīng)，從而保證在變工況下，水輪機有較高的效率（3）轉(zhuǎn)輪體下部連接著泄水錐，它的作用是引導(dǎo)經(jīng)葉片流出來的水，迅速、順利地流入尾水管，防止水流相互撞擊，以減少水力損失，提高水輪機效率（4）密封裝置安放在葉片的樞軸與轉(zhuǎn)輪體之間，它用來防止轉(zhuǎn)輪體內(nèi)的壓力油向外漏出，同時也防止壓力水滲入轉(zhuǎn)輪體內(nèi)10、迷宮環(huán)的作用？答：迷宮環(huán)就是水輪機轉(zhuǎn)輪上的止漏環(huán)。它由固定和轉(zhuǎn)動兩部分組成。為防止水流向上和向下漏出，混流式水輪機都裝有上、下兩道迷宮環(huán)，上迷宮環(huán)的固定部分裝在頂蓋上，轉(zhuǎn)動部分裝在上冠上；下迷宮環(huán)的固定部分裝在底環(huán)或底環(huán)上，轉(zhuǎn)動部分裝在下環(huán)上。迷宮環(huán)的主要作用是用來減小轉(zhuǎn)動部分與固定部分

11、之間的漏水損失。迷宮環(huán)一般是由一系列忽大忽小的空間或直角轉(zhuǎn)向構(gòu)成，水流經(jīng)過迷宮環(huán)時，水流時而擴張，時而收縮，增大對水流的局部阻力和沿程阻力，使水流不易通過，從而達到減小漏水損失的目的。11、水輪機有那些保護裝置？各起什么作用？答：一般裝設(shè)有事故配壓閥、主閥（或快速閘門）、剪斷銷和真空破壞閥等保護裝置。（1）調(diào)速器中裝設(shè)事故配壓閥（又叫過速限制器）是防止水輪機長期在飛逸轉(zhuǎn)速下運行的有效措施。機組正 常運行時，事故配壓閥僅作為壓力油的通道，使調(diào)速器主配壓閥通至接力器的管道接通；當機組甩負荷又遇調(diào)速系統(tǒng)故障時，事故配壓閥動作，切斷主配壓閥也接力器的聯(lián)系，而直接把壓力油從油壓裝置接入接力器，使接力器迅

12、速關(guān)閉，實現(xiàn)機組緊急停機，以縮短機組過速時間，起到對水輪機的保護作用（2）在水輪機前面裝設(shè)蝴蝶閥或球閥或快速閘門是防飛逸的有效措施。中、低水頭電站一般裝設(shè)平板快速閘門或蝴蝶閥；高水頭電站一般裝球閥。當機組過速達到額定轉(zhuǎn)速的140%時，關(guān)閉蝴蝶閥（球閥）或快速閘門，截斷水流，使機組停機，以縮短水輪機在過速或飛逸轉(zhuǎn)速下運行的時間，起到對水輪機的保護作用（3）剪斷銷保護裝置由剪斷銷及其信號器組成。水輪機導(dǎo)水機構(gòu)的傳動機構(gòu)中，連接板和導(dǎo)葉臂之間是通過剪斷銷連接在一起的。正 常情況下，導(dǎo)葉在動作過程中，剪斷銷有足夠的強度帶動導(dǎo)葉轉(zhuǎn)動，但當某導(dǎo)葉間有異物卡住時，導(dǎo)葉軸和導(dǎo)葉臂都不能動了，而連接板在叉頭帶動

13、下轉(zhuǎn)動，因而對剪斷銷產(chǎn)生剪切，當該剪切應(yīng)力增加到正 常操作應(yīng)力的1.5倍時，剪斷銷首先被剪斷,該導(dǎo)葉脫離控制環(huán)，而其他導(dǎo)葉仍可正 常轉(zhuǎn)動，避免事故擴大。同時剪斷銷剪斷后，使剪斷銷信號器的常開觸點閉合，發(fā)出信號。（4）真空破壞閥主要作用是當機組甩負荷或其他故障緊急停機，導(dǎo)葉迅速關(guān)閉時，水流由于慣性作用繼續(xù)向下游流去，在轉(zhuǎn)輪室內(nèi)產(chǎn)生很大的真空，轉(zhuǎn)輪室內(nèi)尾水在壓差的作用下，尾水水流又反流向轉(zhuǎn)輪室沖擊轉(zhuǎn)輪葉片及支持蓋。由于水擊的作用，產(chǎn)生很大的沖擊力，出現(xiàn)抬機現(xiàn)象，嚴重的會使機組出現(xiàn)破壞性事故。真空破壞閥，就是用來補氣的，以防止出現(xiàn)上述事故的輔助設(shè)施。以起到對水輪機的保護作用。大流量、低水頭電站這個問

14、題比較突出，一般都裝設(shè)有真空破壞閥12、水輪機蝸殼壓力表和尾水真空表測量的量值反映了什么？答；在正 常運行時，測量蝸殼進口壓力是為了探知壓力鋼管在不穩(wěn)定水流作用下的壓力波動情況；在機組做甩負荷試驗時，可以在蝸殼進口測量水擊壓力的上升值；在做機組效率試驗時在蝸殼進口測量水輪機工作水頭中的壓力水頭部分；還可以比較上、下游水位差，算出過水壓力系統(tǒng)的水力損失。測量尾水管進口斷面的真空度及其分布，是為了分析水輪機發(fā)生汽蝕和振動的原因，并檢驗補氣裝置的工作效果。13、引起水輪機汽蝕的原因有那些？汽蝕對水輪機的運行有什么影響？有那幾種汽蝕？有那些防止和處理汽蝕的措施？答：水流流經(jīng)水輪機部件時，在局部區(qū)域因流

15、速增大，導(dǎo)致壓力的下降，當壓力低于汽化壓力時水汽化，形成水流的沸騰，對過流部件發(fā)生侵蝕作用，稱為汽蝕。引起汽蝕的主要原因是由于水輪機內(nèi)部水流壓力的降低，當水輪機中某一局部區(qū)域的水流壓力降低到飽和著蒸汽壓力時，水就發(fā)生汽化，出現(xiàn)大量的氣泡，在汽泡的不斷產(chǎn)生和凝結(jié)的過程中，水流紊亂，壓力波動，高速度的水流質(zhì)點，想銳利的刀尖一樣，周期性地猛烈打擊著葉片表面，并發(fā)生噪聲與囂叫，輕度汽蝕使水輪機過流部件如轉(zhuǎn)輪葉片表面侵蝕成麻點、掉塊。汽蝕現(xiàn)象不僅使水輪機過流部件損壞，而且使它的效率顯著降低。按汽蝕發(fā)生的部位，水輪機汽蝕分為以下四種類型：（1）葉型汽蝕。它是指發(fā)生在轉(zhuǎn)輪葉片上的汽蝕。混流式水輪機的葉型汽蝕

16、主要發(fā)生在葉片背面靠下環(huán)處的泄水邊附近；軸流式水輪機則主要發(fā)生在泄水邊輪？和周邊附近，但有時比較分散，不象混流式機型那樣有規(guī)律（2）空腔汽蝕。它是指尾水管中心空腔處由大的水流渦帶產(chǎn)生的汽蝕。當反擊式水輪機偏離設(shè)計工況運行時，轉(zhuǎn)輪出口水流具有一定的圓周分速度，旋轉(zhuǎn)的水流匯聚在一起，在尾水管進口處構(gòu)成帶狀大渦流。水流渦帶中心真空度很大，當壓力降低到低于水的汽化壓力時，首先在渦帶中心產(chǎn)生汽泡，隨著汽泡的潰裂，發(fā)生強烈噪音并引起機組振動；當渦帶中心周期性地觸及或延伸到尾水管管壁時，就會造成尾水管汽蝕破壞。空腔汽蝕主要發(fā)生在葉片出口下環(huán)處及尾水管進口處，運行人員可以直接在尾水管直錐段管壁聽到空腔汽蝕引起

17、的撞擊聲，發(fā)生空腔汽蝕時，往往伴隨著發(fā)生機組功率擺動和真空表指針擺動，嚴重時會使機組不能正 常運行。（3）間隙汽蝕。它是指水流通過狹窄間隙或饒過固體凹凸表面時，由于流速局部升高引起局部壓力降低形成的汽蝕。常發(fā)生在水輪機的某些局部位置，例如軸流式葉片外緣端面與轉(zhuǎn)輪室內(nèi)壁間隙，導(dǎo)葉立面和端面間隙；混流式轉(zhuǎn)輪和上、下冠止漏間隙；沖擊式的針閥和噴嘴口等處，間隙汽蝕的破壞范圍一般較小（4）其他局部脫流引起的汽蝕。在水輪機導(dǎo)葉葉型頭部和尾部、導(dǎo)葉體端部與軸頸結(jié)合處的凸肩后面、限位銷后面、尾水管補氣架后面等部位，由于表面粗糙或已汽蝕部位的惡性發(fā)展，都會引起局部脫流而發(fā)生汽蝕 水電站為防止和處理汽蝕的措施，除

18、在設(shè)計時要合理選擇機型（包括葉型、葉片數(shù)目、選用耐蝕材料）、按不產(chǎn)生葉型汽蝕條件的允許吸出高度來確定水輪機的安裝高程外，在運行方面主要有：（1）合理擬定電站的運行方式，避開可能產(chǎn)生嚴重汽蝕的運行工況。一般講，水輪機在低水頭、低出力下運行最容易發(fā)生汽蝕。例如混流式水輪機在某一區(qū)域出現(xiàn)汽蝕，可以從水壓表，真空表指針擺動情況，尾水管內(nèi)部的撞擊爆炸聲，頂蓋內(nèi)部水流炒豆似的雜音等現(xiàn)象摸索出規(guī)律，盡量避免長期在這種不利工況下運行。（2）采用補氣裝置，向尾水管送入空氣，以破壞尾水管中高真空的水流渦帶（3）提高檢修工藝水平。對已汽蝕破壞的葉片，目前一般采用不銹鋼堆焊，堆焊時要嚴格控制葉片型線，防止變形，并要保

19、證檢修后表面光潔，因為粗糙的表面容易產(chǎn)生汽蝕，提高葉片的表面光潔度將減輕汽蝕作用（4）在葉片上涂刷抗汽蝕涂料。常用的是環(huán)氧樹脂，聚酰胺脂等。14、什么是水輪機的泥沙磨損？那些部位容易受到泥沙磨損？影響泥沙磨損的因素有那些？運行中那些減小泥沙磨損的措施？答：當通過水輪機過流部件的水流中含有足夠量的懸移泥沙時，堅硬的泥沙顆粒撞擊和磨削過流表面，使其材料因疲勞和機械破壞而損壞，這個過程稱為水輪機泥沙磨損。不同類型的水輪機磨損部位不完全一樣，對混流式水輪機，磨損部位主要有葉片、上冠、下環(huán)內(nèi)表面、抗磨板、止漏環(huán)、導(dǎo)葉和尾水管里襯；對軸流式水輪機，磨損部位主要有葉片、轉(zhuǎn)輪室、輪？、頂蓋、底環(huán)、導(dǎo)葉和尾水管

20、里襯；對沖擊式水輪機主要磨損部位是水斗、針閥和噴嘴 泥沙對水輪機的磨損程度，除了與沙粒特性（即沙粒的幾何形狀、大小、硬度、密度等），含沙水流特性（指水流含沙的濃度、水流速度、水流方向和沖擊角等）和受磨材料特性（指水輪機過流部件金屬材料的內(nèi)部組織，粗糙度、表面尺寸等）有關(guān)外，還與運行方式有關(guān)，當水輪機在非設(shè)計工況下運行時，產(chǎn)生汽蝕會加大磨損，引起汽蝕和磨損對機件的聯(lián)合作用水輪機防磨技術(shù)措施：防止水輪機遭受沙粒磨損的最根本措施是攔截泥沙，不使其進入水輪機流道；其次是采取異重流排沙；第三對于在含沙水流中工作的水輪機，應(yīng)避免用導(dǎo)葉截斷水流，而采用水輪機前的主閥來截斷水流，以防漏水射流使導(dǎo)葉磨損加劇，長

21、期停機時，應(yīng)關(guān)閉壓力水管進水口閘門，以防泥沙堵塞閥軸間隙。此外，應(yīng)避免水輪機在汽蝕工況下運行，因汽蝕和磨損聯(lián)合作用，會加劇泥沙對水輪機的磨損作用，所以水輪機應(yīng)避免在低負荷工況下運行。對混流式水輪機，盡量不在50%以下負荷運行；對軸流轉(zhuǎn)槳式水輪機，應(yīng)避免在額定出力30%-40%以下負荷的工況運行 近幾年， 遭受泥沙磨損的水輪機上采用環(huán)氧樹脂金剛砂漿抗磨深層和復(fù)合尼龍抗磨涂層，現(xiàn)場試驗表明是有效的。15、水輪機振動的原因是什么？消除振動的主要措施有那些？答：水輪機運行中出現(xiàn)振動是常見的現(xiàn)象，但不允許超過下表規(guī)定值：立式水輪機各部位允許振動值：序號 額定轉(zhuǎn)速（r/min） 測量部位 100及以下 1

22、00-250 250-325 325-750 振動標準值（mm） 1、 帶推力軸承支架的水平及垂直振動 0.14 0.12 0.10 0.08 2、 帶導(dǎo)軸承支架的 振動水平 0.14 0.12 0.10 0.083、 定子鐵芯部分外殼 水平振動 0.14 0.12 0.10 0.08水輪機振動是由機械和水力兩方面的因素引起的。（1）機械方面的因素有：1）由于主軸彎曲或撓曲、推力軸承調(diào)整不良、軸承間隙過大、主軸法蘭連接不緊和機組中心不準引起空載低轉(zhuǎn)速時的振動。2）因轉(zhuǎn)輪等旋轉(zhuǎn)件與靜止件相碰引起振動激烈并伴有音響。3）轉(zhuǎn)動部分重量不平衡引起的，隨速度上升振動增大而與負荷無關(guān)，這是常見的，特別是焊

23、補轉(zhuǎn)輪或更換槳葉后更容易發(fā)生，這類振動的特點是振動頻率也水輪機轉(zhuǎn)頻一致，發(fā)電機上、下機架及導(dǎo)軸承橫向振動的振幅與轉(zhuǎn)速的平方成正比。 對機械原因引起的的振動，只要查清振動原因，采取相應(yīng)的措施，如通過動平衡，調(diào)整軸線或調(diào)整軸瓦間隙等，就能消除。（2）水力方面的因素有：1）尾水管中水流渦帶所引起的壓力水脈動誘發(fā)的水輪機振動。混流式水輪機在偏離最優(yōu)工況運行時，尾水管中將出現(xiàn)渦帶，由此引起水輪機振動，并伴有響聲，常發(fā)生在30%-60%額定負荷范圍內(nèi)。強烈的渦帶可能引起廠房振動；若由渦帶引起的尾水管中的低頻壓力脈動頻率與引水管固有頻率接近，則可能引起引水管強烈振動；如果壓力脈動頻率和水輪機的轉(zhuǎn)頻接近，則可

24、能引起功率擺動，如獅子灘等電站軍存在渦帶引起的振動，常在轉(zhuǎn)輪出口附近的尾水管上部裝十字架補氣裝置，或軸心補氣，還有采取加長泄水錐或加同軸擴散形內(nèi)層水管段；近年來，一些大中型電站在尾水管入口處加裝導(dǎo)流瓦和導(dǎo)流翼板等都可使渦帶引起的振動減輕或消失。2）卡門渦列引起的振動。當水流流經(jīng)非流線型障礙物時，在其后面尾流中分裂出一系列變態(tài)旋渦，即所謂卡門渦列。這種渦列交替地作順時針或反時針方向旋轉(zhuǎn)。在其不斷形成與消失過程中，會在垂直于主流方向引起交變的振動力。當卡門渦列的頻率與葉片固有頻率接近時，葉片動應(yīng)力急劇增大，有時發(fā)出響聲，甚至使葉片根部斷裂。卡門渦列一般發(fā)生在50%額定出力以上的某種工況。采用改變卡

25、門渦列頻率或葉片固有頻率的辦法，可以減輕卡門渦列振動，如將葉片出水邊削薄或改型，有可能使正背兩面構(gòu)成的交流旋渦抵消或削弱；同時提高了卡門渦列的振動頻率，使其遠離葉片自振頻率，避免共振，但是葉片削薄改型部分不宜太長，否則會影響翼型的特性，降低效率；尾端圓角應(yīng)滿足強度的要求，不應(yīng)太小。3）轉(zhuǎn)輪止漏間隙不均勻引起的振動。為了減少高水頭水輪機轉(zhuǎn)輪的容積損失，通常采用梳齒形之止漏裝置，但當結(jié)構(gòu)不合理或間隙過小時，即使主軸很小的偏心或止漏環(huán)少量的壓力變化和波動。間隙大處取流速較小而壓力較大，間隙下處則相反因而造成間隙內(nèi)的壓力不均勻分布和側(cè)向水推力，引起轉(zhuǎn)輪偏心變大和振動，其振動頻率與止漏環(huán)偏心運動的頻率相

26、同。實踐證明，適當增大外止漏環(huán)間隙，可使轉(zhuǎn)輪偏心運動對轉(zhuǎn)輪背壓和止漏間隙中壓力的影響明顯減弱，從而減小振動，如魚子溪4號機運行半年出現(xiàn)振動過大，后將上下止漏環(huán)間隙由1mm增加到2.5mm，振幅減小在規(guī)定范圍內(nèi)。4）沖擊式水輪機尾水上漲引起的振動。正 常時，沖擊式水輪機的尾水位與轉(zhuǎn)論必須保持一定距離，尾水應(yīng)無壓流動。如果尾水位渠水回濺到水斗上，擾亂水頭與射流的正 常流程，也會引起機組效率下降和振動。此外，運行時處于轉(zhuǎn)輪附近的空氣，會被高速射流帶走并從尾水渠中排出，機殼上的補氣孔太小或冒水就有可能使尾水位抬高甚至淹沒轉(zhuǎn)輪，使尾水形成有壓流動，不僅產(chǎn)生強烈振動，而且危及機組安全。 引起水輪機振動增大

27、的原因很多，也可能是幾種原因同時作用造成的，在未找到原因前，應(yīng)避開振動區(qū)運行。16、機組振動帶來什么樣的危害？答：（1）引起機組零部件金屬和焊縫中疲勞破壞區(qū)的形成和擴大，從而使之發(fā)生裂紋，甚至斷裂損壞而報廢（2）使機組各部位緊密連接部件松動，不僅會導(dǎo)致這些緊固件本身的斷裂，而且加劇被其連接部分的振動，促使它們迅速損壞（3）加速機組轉(zhuǎn)動部分的相互磨損，如大軸的劇烈擺動可使軸與軸瓦的溫度升高，使軸承燒毀，發(fā)電機轉(zhuǎn)子的過大振動會增加滑環(huán)與電刷的磨損程度，并使電刷冒火花（4）尾水管中的水流脈動壓力可使尾水管壁產(chǎn)生裂縫，嚴重的可使整塊鋼板剝落（5）共振所引起的后果更嚴重，如機組設(shè)備和廠房的共振可使整個設(shè)

28、備和廠房損壞。17、水輪機補氣裝置起什么作用？常用的有哪幾種補氣方式？答：混流式水輪機一般在30%-60%額定出力時容易在尾水管內(nèi)發(fā)生水流渦帶，引起空腔汽蝕和機組振動。補氣裝置的作用，就是在機組出現(xiàn)不穩(wěn)定工況時，補入空氣，可增加水的彈性，改善機組的運行條件。同時由于補氣破壞了真空，還能防止機組突然甩負荷導(dǎo)水機構(gòu)緊急關(guān)閉時，由于尾水管內(nèi)產(chǎn)生負水擊，下游尾水反沖所產(chǎn)生的強大沖擊力或抬機現(xiàn)象。補氣分自然補氣和強迫補氣兩種方式。一般均應(yīng)采用自然補氣，只有在水輪機吸出高度Hs的負值較大，尾水管內(nèi)壓力較高，很難用自然補氣方式補氣時，才采用壓縮空氣強迫補氣方式。常用的補氣裝置有軸心補氣裝置、尾水管十字架補氣

29、裝置和尾水管補氣裝置三種。18、水輪機中機械磨損的主要特征是什么？答：（1）水導(dǎo)軸承按潤滑劑不同分為水潤滑的橡膠瓦導(dǎo)軸承和油潤滑的鎢金瓦導(dǎo)軸承。橡膠瓦導(dǎo)軸承最怕軸瓦與軸頸之間出現(xiàn)干摩擦，即使時間短，也會使橡膠軸瓦的耐磨性急劇降低，大大加速軸瓦與軸頸的磨損，瓦面磨損表現(xiàn)為出現(xiàn)橫向溝紋，在軸頸上則發(fā)生“偏磨”。對鎢金瓦導(dǎo)軸承來說，若潤滑油中混入了堅硬雜質(zhì)，磨損就會大大加劇。（2）水輪機軸的磨損主要發(fā)生在置有盤根密封的地方。若通過盤根密封的水中含有堅硬顆粒，當盤根壓蓋擰的過緊，或盤根質(zhì)量不佳，可能使軸頸的磨損加劇。（3）導(dǎo)水機構(gòu)的部分零件，磨損發(fā)生于各運動部件處，特別是導(dǎo)葉下部軸頸處，常因堅硬顆粒落

30、入而形成劇烈磨損。19、為什么反擊式水輪機不宜在低水頭和低出力下運行？答：（1）反擊式水輪機在低于設(shè)計最小水頭下運行時，可能產(chǎn)生以下危害：1）由于較大的偏離設(shè)計工況，因而在轉(zhuǎn)輪葉片入口處產(chǎn)生撞擊損失以及在出口處水流的劇烈的旋轉(zhuǎn)，不僅大大地降低水輪機效率，而且會增加水輪機的振動和擺度，使汽蝕情況惡化，水輪機運行工況偏離設(shè)計工況越遠，這種不良現(xiàn)象就越嚴重2）由于水頭低，水輪機出力達不到額定值，同時在輸出同一出力時，水輪機的引用流量要增加3）水頭低就意味著水位過低，有可能出現(xiàn)使有壓水流變?yōu)闊o壓水流，容易造成水流帶氣，甚至形成氣團，使過水壓力系統(tǒng)不能穩(wěn)定運行，特別是在甩負荷的過度過程中，容易造成引水建

31、筑物和整個水電站發(fā)生振動4）可能卷起水庫底部的淤積泥沙，增加引水系統(tǒng)和水輪機的磨損（2）水輪機在低出力下運行時，機組的效率（包括水輪機和發(fā)電機的效率）會明顯地下降，發(fā)出同樣的出力，水輪機的引用流量增大。 為了減輕水輪機的汽蝕、振動、噪音、泥沙磨損和提高機組效率，反擊式水輪機都規(guī)定了最小出力限制。混流式為額定出力的50%；轉(zhuǎn)槳式由于槳葉角度可以隨負荷改變，大大改善了工作特性，其最小處理限制為水輪機剛進入?yún)f(xié)聯(lián)工況時的出力；定槳式水輪機最好在額定出力附近運行。20、導(dǎo)水機構(gòu)中裝設(shè)剪斷銷剪斷會出現(xiàn)什么現(xiàn)象？簡述被剪斷原因、預(yù)防措施及處理方法？答：在正 常關(guān)機過程中，當導(dǎo)葉被卡時，剪斷銷被剪斷，同時發(fā)出

32、報警信號；在事故停機過程中，當導(dǎo)葉被異物卡住，剪斷銷剪斷時，除發(fā)報警信號外，還通過信號裝置迅速關(guān)閉水輪機前的主閥（蝴蝶閥或球閥）或快速閘門。剪斷銷給剪斷的原因為：（1）導(dǎo)葉間有雜物（如石頭、木塊）卡住（2）導(dǎo)葉連桿安裝時傾斜度較大，造成別勁（3）導(dǎo)葉上、下端面間隙不合格及上、中、下軸套安裝不當，產(chǎn)生別勁或被卡（4）對使用尼龍軸承套的導(dǎo)葉，在運行中因尼龍軸套吸水膨脹與導(dǎo)葉軸頸“抱死“等預(yù)防措施：（1）在電站上游裝設(shè)攔污柵，防止大的漂浮物沖壞攔污柵而進入蝸殼及導(dǎo)葉，進水口處的攔污柵應(yīng)保持完好（2）保證檢修質(zhì)量，以避免連桿等部件的傾斜等，導(dǎo)葉應(yīng)靈活無別勁（3）當采用尼龍軸套時，應(yīng)預(yù)先用水浸處理再加工

33、，或采用尺寸穩(wěn)定性良好且吸水率低的尼龍材料處理方法：（1）首先判明剪斷銷被剪斷的原因，及時調(diào)整負荷，以適應(yīng)檢修處理的需要（2）若運行中無法處理，應(yīng)及早停機21、引起水輪機導(dǎo)軸承進水的原因有那些？答：（1）軸承內(nèi)冷卻水管漏水（2）立式機組頂蓋止水密封嚴重，水輪機導(dǎo)軸承油盆進水（3）潤滑油系統(tǒng)的冷卻器銅管漏水（4）新油注入軸承時未經(jīng)過濾，油中帶水。22、為什么轉(zhuǎn)槳式水輪機在各種工況下均能保持較平穩(wěn)和高效率運行？答：對于轉(zhuǎn)槳式水輪機，由于轉(zhuǎn)輪葉片可以通過調(diào)速器隨工況的改變而作相應(yīng)的轉(zhuǎn)動，使轉(zhuǎn)輪經(jīng)常保持近似的無撞擊進口和最優(yōu)出流，因而可以在相當大的水頭和流量變化范圍內(nèi)，獲得很高效率而穩(wěn)定運行，這種輪葉

34、與導(dǎo)葉之間經(jīng)常處于最有利配合的工況稱為協(xié)聯(lián)工況。轉(zhuǎn)槳式水輪機只有在協(xié)聯(lián)工況被破壞時，效率才會明顯地下降。23、水輪機包括哪幾個基本工作參數(shù)？各參數(shù)的含義是什么？答：工作水頭H 流量Q 出力NT 效率T 轉(zhuǎn)速 n工作水頭是指水輪機進、出口斷面處單位重量水體的能量差（也稱比能差），單位是米（m）流量是指單位時間內(nèi)，通過水輪機某一即定過流斷面的水量，單位是立方米/秒（m3/s）出力是指單位時間內(nèi)，水輪機主軸所輸出的功，單位是千瓦（KW）效率是一個無因次量，它等于水輪機出力NT與輸入水輪機的水流處理9.81QH之比轉(zhuǎn)速是指水輪機運行時，在單位時間內(nèi)的旋轉(zhuǎn)次數(shù)，單位是轉(zhuǎn)/分（r/min）24、為什么水輪

35、機效率總是小于1？效率受那些因素的影響？提高運行中水輪機的效率主要有那些措施？答：由于水輪機效率T為水輪機軸輸出功率NT與輸入水輪機的水流理論Nt（=9.81QH）之比。而水輪機在工作過程中不可避免地要產(chǎn)生一些能量損失，因此其軸上輸出功率總是比進入水輪機水流功率要小，即NTNt，其比值一定小于1。近代的中、大型水輪機的效率T=90%-95.8%，中、小型的T=75%-85%左右 水輪機的能量損失可分為容積損失、水力損失和機械損失三種，這些損失分別用容積效率、水力效率和機械效率來衡量。（1）容積效率。進入水輪機的流量Q并未全部進入轉(zhuǎn)輪作功，其中一小部分能量q從水輪機的旋轉(zhuǎn)部分與固定部分之間的空隙

36、（如混流式水輪機上、下冠止漏裝置間隙，軸流式水輪機轉(zhuǎn)輪與轉(zhuǎn)輪室間隙，大軸和導(dǎo)水機構(gòu)軸封等）中漏掉了。進入轉(zhuǎn)輪的有效流量與進入水輪機的流量之比，稱為容積效率v,即 v=Q-q/Q*100%(2)水力效率。從水輪機進口斷面開始，水流經(jīng)引水部件、導(dǎo)水機構(gòu)、轉(zhuǎn)輪、尾水管，直至出口斷面，由于摩擦、撞擊、旋渦、脫流等，將產(chǎn)生水頭損失H，則水流實際作功的有效水頭為e=H-H，水流由e轉(zhuǎn)換的功率與進入轉(zhuǎn)輪的水流功率之比，稱為水力效率s，即 s=9.81（Q-q）(H-H)/9.81（Q-q）H=e/*100%水力損失比較復(fù)雜，一般主要由以下幾部分組成：（1）摩擦損失。這部分損失取決于水輪機內(nèi)水流行程的長度、過

37、水斷面的水力半徑、通流表面的糙率等因素，引起效率顯著降低。（2）撞擊和旋渦損失。當水輪機偏離最優(yōu)工況時，水流在轉(zhuǎn)輪室內(nèi)產(chǎn)生旋渦和碰撞而大量消耗水能，引起效率顯著降低此外，還有因檢修中焊補不當，工藝粗糙，使轉(zhuǎn)輪實際過流部件不符合流線形狀而增加葉型損失；水輪機尾水管出口水流總是有一定速度的，故存在水流出口動能損失。（3）機械效率機組的導(dǎo)軸承、推力軸承、以及各軸承的油封、水封和其他密封裝置的轉(zhuǎn)動與靜止部分之間的相對運動，都要產(chǎn)生摩擦損失，稱為機械損失 水輪機軸的輸出功率NT為水輪機的有效功率N與機械功率損失Hj之差，即NT=NHj，那么，機械效率為 j=NT/N=NHj/ N*100%水輪機總效率為

38、容積效率、水力效率、機械效率的乘積即T=v*s*j由此可見，提高運行中水輪機效率的主要措施是：（1）維持水輪機在最優(yōu)工況運行，避免在低水頭、低負荷下運行，以減少水力損失（2）保持設(shè)計要求的密封間隙，減少轉(zhuǎn)輪止漏裝置和大軸軸封的漏水量，以減少容積損失（3）韓補過的轉(zhuǎn)輪和導(dǎo)葉要保持原設(shè)計線形，并保持葉片表面的光潔度和減少波浪度（4）保持轉(zhuǎn)動部分與固定部分之間有良好的潤滑（5）水輪機在低負荷運行時，可向尾水管適當補氣，如破壞尾水管內(nèi)的水流旋渦，即減小振動和汽蝕，又可提高水輪機的效率。25、什么是水輪機的工作特性曲線？不同型式水輪機工作特性有何區(qū)別？答：水輪機的工作特性曲線是指在轉(zhuǎn)輪直徑、轉(zhuǎn)速和水頭一

39、定時，表示水輪機出力與效率的變化關(guān)系。水輪機的型式不同，工作特性曲線也各不相同。由圖可知：混流式水輪機的最高效率值最大，但高效率區(qū)較窄，適應(yīng)出力變化的范圍較小水斗式水輪機的最高效率值最小，而效率比較穩(wěn)定，高效率區(qū)寬廣，適應(yīng)出力變化的范圍最大而軸流轉(zhuǎn)槳式水輪機的效率介于兩者之間，最高效率值比較大，高效率區(qū)也相當寬，適應(yīng)出力在相當大的范圍內(nèi)變動（%） NT紅線表示水斗（沖擊）式綠線表示軸流轉(zhuǎn)槳式紫色表示混流式同時，三種型式水輪機的最大出力點與效率最到點并不一致，可見，水輪機在滿負荷下運行時效率不是最高的。如混流式水輪機約在額定出力的85%-100%范圍內(nèi)出現(xiàn)最高效率點26、水輪機靜特性與機組靜特性

40、有什么區(qū)別？答：水輪機靜特性（又叫水輪機力矩特性）是指在導(dǎo)葉開度一定時，在穩(wěn)定的平衡狀態(tài)下，水輪機動力矩Mt與其轉(zhuǎn)速n之間的關(guān)系即n=f（Mt），如圖1所示。而機組靜特性（即水輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)靜特性）是指機組所帶負荷N與機組的轉(zhuǎn)速n之間的關(guān)系，即n=f（N）如圖2所示n =常數(shù) n O Mt O N (a) (b)水輪機靜特性曲線 機組靜特性曲線（即水輪機 調(diào)節(jié)系統(tǒng)靜特性）27、什么叫水輪機飛逸轉(zhuǎn)速？有什么危害？怎么樣處理？答：當系統(tǒng)發(fā)生故障使發(fā)電機突然甩去全部負荷，此時調(diào)速器又有故障致使水輪機導(dǎo)葉不能關(guān)閉，導(dǎo)致機組轉(zhuǎn)速升高，使機組轉(zhuǎn)速超過額定轉(zhuǎn)速，此時的水輪機轉(zhuǎn)速稱為飛逸轉(zhuǎn)速。其最大值由水輪機制

41、造廠提供，一般約為額定轉(zhuǎn)速的1.5-2.7倍。機組出現(xiàn)飛逸時，使轉(zhuǎn)動部件的離心力急劇增加，從而增大它的振動與擺度，甚至大大超過規(guī)定的允許值，可能引起轉(zhuǎn)動部分與靜止部分的碰撞而使部件遭受破壞。如發(fā)電機轉(zhuǎn)子和定子的碰撞，水輪機工作轉(zhuǎn)輪與轉(zhuǎn)輪室的碰撞等。此外，也會使各部軸承損壞，基礎(chǔ)螺栓松動，蝸殼及尾水管產(chǎn)生裂紋等，嚴重的甚至造成機組設(shè)備的破壞機組出現(xiàn)飛車事故的處理方法：（1）首先檢查導(dǎo)葉是否關(guān)閉，如果未關(guān)閉，應(yīng)檢查有關(guān)保護裝置是否起作用，如不動作，則應(yīng)手動操作關(guān)閉導(dǎo)葉（2）檢查事故配壓閥是否動作，若未動作，則手動操作（3）當經(jīng)上述兩項操作無效時，應(yīng)立即操作進水口的快速閘門使其下落或使主閥關(guān)閉，切斷

42、水流（4）在機組停機過程中，當機組轉(zhuǎn)速下降至額定轉(zhuǎn)速的35%-40%時，監(jiān)視制動裝置是否自動加閘，若不能，應(yīng)以手動操作加閘停機。28、水輪機為什么會出現(xiàn)抬機現(xiàn)象？有什么后果？運行中怎么樣防止抬機？又如何處理？答：水輪機在甩去負荷時，尾水管內(nèi)出現(xiàn)真空，形成反水擊以及水輪機進入水泵工況，產(chǎn)生的水泵升壓因而產(chǎn)生反向軸向力，只要反向軸向力大于機組轉(zhuǎn)動部分的總重量，就會使機組轉(zhuǎn)動部分被抬起一定的高度，此現(xiàn)象稱為抬機。抬機現(xiàn)象在低水頭且具有長尾水管的軸流式水輪機中常見。如某電站一臺軸流轉(zhuǎn)槳式水輪機，在運行期間甩75%額定負荷時，抬機高度達18mm抬機高度往往由轉(zhuǎn)輪與支持蓋之間的間隙所限。當發(fā)生嚴重抬機時，

43、它會導(dǎo)致水輪機葉片的斷裂、頂蓋損壞等，也會導(dǎo)致發(fā)電機電刷和集電環(huán)的損壞，發(fā)電機轉(zhuǎn)子風扇損壞而甩出，引起發(fā)電機燒損的惡性事故等預(yù)防抬機的措施有：（1）在保證機組甩負荷后其轉(zhuǎn)速上升值不超過規(guī)定的條件下，可適當延長導(dǎo)葉的關(guān)閉時間或?qū)~采用分段關(guān)閉（2）采取措施減少轉(zhuǎn)輪室內(nèi)的真空度，如向轉(zhuǎn)輪室補入壓縮空氣，裝設(shè)在頂蓋上的真空破壞閥要求經(jīng)常保持動作準確和靈活（3）裝設(shè)限制抬機高度的限位裝置，當機組出現(xiàn)抬機時，由限位裝置使抬機高度限制在允許的范圍內(nèi)，以免設(shè)備損壞當發(fā)生較嚴重的抬機事故時，應(yīng)快速使機組停機，在做好安全措施后，對機組各部分進行全面檢查，記錄各有關(guān)設(shè)備的損壞情況，并作相應(yīng)的修理29、什么叫水輪機

44、主閥？它在水電站起什么作用？答：常把裝設(shè)在水輪機蝸殼前面的閥門稱為主閥其主要作用是：（1）檢修機組時，用于截住水流，以便放空蝸殼存水（2）機組較長時間停用時，關(guān)閉主閥，可減少機組漏水（3）當調(diào)速器或?qū)~發(fā)生故障時，用于緊急切斷水流，防止機組飛逸時間超過允許值，避免事故擴大（4）一根輸水總管同時給幾臺機組供水的引水式水電站，在分叉管末端設(shè)置閥門，以便一臺機組檢修 而不影響其他機組的正 常運行30、水電站常用的主閥有那幾種型式？各有什么優(yōu)缺點？各適用于什么水頭范圍？答：有蝴蝶閥、球閥和閘閥三種蝴蝶閥簡稱蝶閥，它的優(yōu)點是體積小，重量輕啟閉力小，啟閉時間短；缺點是全開時水頭損失較大，全關(guān)時易漏水。廣泛

45、用于水頭在200-250m以下的中、低水頭水電站球閥的優(yōu)點是關(guān)閉嚴密，漏水較少，水力損失小，止水面磨損小；缺點是體積大，重量大，用于管道直徑在23m以下，水頭在250m以上的高水頭水電站閘閥的優(yōu)點是在全開時水頭損失小，全關(guān)時不易漏水；缺點是體積較大，較重，啟閉時間較長。通常用于高水頭、管道直徑在1.0m以下的水電站31、蝴蝶閥和閘閥由那些主要部件組成？答：（1）蝴蝶閥的裝置型式可分為橫軸與豎軸兩種。前者的接力器位于蝶閥一側(cè)，后者的接力器位于閥體上部。蝶閥的主要構(gòu)件有閥體、活門、軸承、止漏裝置、鎖定裝置以及附屬部件（包括旁通管、旁通閥、空氣閥和伸縮節(jié)）（2）閘閥主要由閥體、閥蓋和閘板組成。32、球閥為什么能關(guān)閉嚴密且全開時沒有水力損失？答：因為球閥主要由兩個半球組成的可拆卸的球形閥體和圓筒形活門組成。關(guān)閉時，活門旋轉(zhuǎn)90°來截斷水流，在活門上設(shè)有一塊可移動的