西华大学课程考试参考答案(A卷) 考试科目:流体机械原理及结构考试时间:100分钟试卷总分100分 、解释:(20%) 、单位转速n1= H 表示当D1=m,H=1m时水轮机具有的转速。 2、飞逸转速 当水轮机发电机组突然丢弃全部负荷时,如调速机构失灵或其它原因使导水机构 不能关闭,机组转速将迅速升高并达到某一最大值,该转速称作飞逸转速 3、叶片式流体机械 能量转换是在带有叶片的叶轮及连续绕流叶片的介质之间进行,叶片与流体的相 装 互作用力是惯性力 4、空腔涡带 水轮机和水泵在某些偏离工况运行时,在转轮出口和尾水管(吸水管)内产生旋 涡带,涡带中间是含有蒸汽和其它气体的大空腔,空腔内压力很低,呈螺旋状非 轴对称地在尾水管(吸水管)内旋转,使流场和压力场发生周期变化。 5、轴功率 原动机传到泵轴上的功率。 二、简答题(答案要点)(50%) 1、导轴承:承受由轴传来的径向力,维持安装时调整好的轴线位置。 真空破坏阀:导水机构紧急关闭时,补入空气,消除转轮室的真空,避免抬机现 象 2、蜗壳:将水流均匀引入导水机构,并形成一定速度环量 座环:将水流均匀引入导水机构,并承受轴向载荷。(立式机组) 导水机构:控制和调节流量,形成或改变转轮进口的速度环量。 转轮:将水流的能量转换成旋转机械能 尾水管:将转轮出口的水流引至下游,回收转轮出口水流的部分动能和高出下 游水面的位能。 线 3、空化系数:Hk-W+n2gH H 2gH 叶片上压力最低点的动力真空与工作水头的比值。(内空化空蚀特性) 装置空化系数:ap= -%=B 与水轮机安装条件有关的参数(外空化空蚀特性 联系:-厘 ap=aPk=Pva初生空化条件op<oPk<Pa空化空蚀进一步发展 σp>Pk>Pva不产生空化条件 4、存在容积损失、流动损失(水力损失)及机械损失 第1页共2页
西华大学课程考试参考答案 （A 卷） 第 1 页共 2 页 考试科目：流体机械原理及结构 考试时间：100 分钟 试卷总分 100 分 一、解释：（20%） 1、单位转速 H nD n 1 11 = 表示当 D1=1m,H=1m 时水轮机具有的转速。 2、飞逸转速 当水轮机发电机组突然丢弃全部负荷时，如调速机构失灵或其它原因使导水机构 不能关闭，机组转速将迅速升高并达到某一最大值，该转速称作飞逸转速。 3、叶片式流体机械 能量转换是在带有叶片的叶轮及连续绕流叶片的介质之间进行，叶片与流体的相 互作用力是惯性力。 4、空腔涡带 水轮机和水泵在某些偏离工况运行时，在转轮出口和尾水管（吸水管）内产生旋 涡带，涡带中间是含有蒸汽和其它气体的大空腔，空腔内压力很低，呈螺旋状非 轴对称地在尾水管（吸水管）内旋转，使流场和压力场发生周期变化。 5、轴功率 原动机传到泵轴上的功率。 二、简答题（答案要点）（50%） 1、导轴承：承受由轴传来的径向力，维持安装时调整好的轴线位置。 真空破坏阀：导水机构紧急关闭时，补入空气，消除转轮室的真空，避免抬机现 象。 2、蜗壳：将水流均匀引入导水机构，并形成一定速度环量。 座环：将水流均匀引入导水机构，并承受轴向载荷。(立式机组) 导水机构：控制和调节流量，形成或改变转轮进口的速度环量。 转轮：将水流的能量转换成旋转机械能。 尾水管：将转轮出口的水流引至下游，回收转轮出口水流的部分动能和高出下 游水面的位能。 3、空化系数： gH C gH W W H H v d K 2 2 2 2 2 2 2 + − = = 叶片上压力最低点的动力真空与工作水头的比值。（内空化空蚀特性） 装置空化系数： H H P P s a va P − − = 与水轮机安装条件有关的参数（外空化空蚀特性） 联系： = − − P K va gH P P P = Pk=Pva 初生空化条件 P Pk<Pva 空化空蚀进一步发展 P Pk＞Pva 不产生空化条件 4、存在容积损失、流动损失（水力损失）及机械损失。 装 订 线
减少损失措施:容积损失:合理选择密封装置的结构型式和间隙 流动损失:适当降低流速,提髙过流部件流线形状及降低粗糙度。 机械损失:考虑轴承、叶轮尺寸、转速、结构型式及润滑条件。 5、有等开度线、等效率线、等空化线、5%功率限制线(可加等压力脉动线)。 因为P11=9.81Q11n,在某一转速下运行的混流式水轮机可获得一 Climax,但随Qll 继续增加,η下降,使P下降。考虑:(1)、在极限工况运行无法实现负荷调节。 (2)、原型与模型不完全相符。留5%Pmax作为安全余量,这就是5%功率限制线。 线左侧为工作区域,右侧为非工作区域。转桨式水轮机因为工作在协联工况,效 率曲线宽而广,所以没有功率限制线(Pmax是受空化空蚀条件限制的)。 、推导题(答案要点)(20%) l、列转轮出口至尾水管出口能量方程,获得转轮利用的有效能量 、与直接出流相比,装尾水管后转轮多利用的能量。 +△H, 2 实际回收动能 转轮出口动能 g 四、计算题(答案要点)(10%) 有效功率P=9.81qvH=12.26KW 总效率n=P/P=12.26/14.76=0.83 容积效率nv=qv/(qv=△qy)=0.971 水力效率nh=n/ny*nm=0.83/0.971*0.92=0.929 第2页共2页
第 2 页共 2 页 减少损失措施：容积损失：合理选择密封装置的结构型式和间隙。 流动损失：适当降低流速，提高过流部件流线形状及降低粗糙度。 机械损失：考虑轴承、叶轮尺寸、转速、结构型式及润滑条件。 5、有等开度线、等效率线、等空化线、5%功率限制线（可加等压力脉动线）。 因为 P11=9.81Q11η，在某一转速下运行的混流式水轮机可获得一 P11max,但随 Q11 继续增加，η下降，使 P 下降。考虑：（1）、在极限工况运行无法实现负荷调节。 （2）、原型与模型不完全相符。留 5%P11max 作为安全余量,这就是 5%功率限制线。 线左侧为工作区域，右侧为非工作区域。转桨式水轮机因为工作在协联工况，效 率曲线宽而广，所以没有功率限制线（P11max 是受空化空蚀条件限制的）。 三、推导题（答案要点）（20%） 1、列转轮出口至尾水管出口能量方程，获得转轮利用的有效能量； 2、与直接出流相比，装尾水管后转轮多利用的能量。 转轮出口动能 实际回收动能 = − + = g C H g C g C v v 2 2 2 2 2 2 5 2 2 四、计算题（答案要点）（10%） 有效功率 Pf =9.81qvH=12.26KW 总效率η=Pf/P=12.26/14.76=0.83 容积效率ηv=qv/(qv=Δqv)=0.971 水力效率ηh=η/ηv*ηm=0.83/0.971*0.92=0.929