第一章 绪论
（一）选择题
1．水轮机的工作水头是（ ）。
（A ）水电站上、下游水位差 （B ）水轮机进口断面和出口断面单位重量水流的能量差
2．水轮机的效率是（ ）。 （A ）水轮发电机出力与水流出力之比 （B ）水轮机出力与水流出力之比
3．反击式水轮机是靠（ ）做功的。 （A ）水流的动能 （B ）水流的动能与势能
4．冲击式水轮机转轮是（ ）。 （A ）整周进水的 （B ）部分圆周进水的
5．喷嘴是（ ）水轮机的部件。 （A ）反击式 （B ）冲击式
（二）填空题
1．水电站中通过 ____________能转变成旋转机械能，再通过____________把旋转机械能转变成电能。
2．水轮机分为 _____________ 和 _____________两大类。
3．轴流式水轮机分为_____________ 和 _____________两种。
4．水轮机主轴的布置形式有_____________和_____________两种。
5．冲击式水轮机有_____________、_____________ 和_____________三种。
（三）问答题
1.水轮机有哪些类型?划分类型的依据是什么?各类水轮机的适用范围是什么？
2.混流式与轴流式水轮机主要不同点有哪些？其适用范围有什么不同？
3.简述各类水轮机转轮区水流的流动与转轮的结构特点。
4.水轮机的基本工作参数有哪些？有何含义？它们的代表符号和单位是什么？
5.反击式与冲击式水轮机各有哪些过流部件?各有何作用?
6.水电站和水轮机的特征水头都有哪些？它们之间有何区别？
7．冲击式水轮机的特点是什么？类型有哪些？试说明冲击式水轮机适合高水头的原因？
8．反击式和冲击式水轮机在能量转换上有何区别？
9．贯流式水轮机的特点是什么？类型有哪些？
10．灯泡贯流式水轮机有哪些优点？简述灯泡贯流式水轮机基本组成部分。
11．灯泡贯流式机组的布置形式有几种，各自的适用条件是什么？
12．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？
13．喷管的作用是什么，其型式有几种？折向器和分流器的作用是什么，二者有何区别？
14.水轮机的型号如何表示?各部分代表什么意义?
15．解释水轮机型号： HL160-LJ-520、 ZZ560-LH-800、GD600-WP-250、2CJ30-W-120/2×10。
16．了解我国已建及正在建的大型水电站的机组的单机容量和适用水头。
（四）计算题
1．某水轮机的水头为18.6m ，流量为1130m 3/s ，水轮机的出力为180MW ，若发电机效率97.0=g η，求水轮机的效率和机组的出力g P 。
2．某水轮机蜗壳进口压力表的读数为a P 310650?，压力表中心高程为887m ，压力表所在钢管内径D = 6.0m ，电站下游水位为884m ，水轮机流量Q = 290 m 3/s ，若水轮机的效率%92=η，求水轮机的工作水头与出力。
3．某河床式电站在设计水头下：上游水位Z 上=63m ，下游水位Z 下=44.4m ，通过某台水轮机的流量m 2/s,发电机效率, 水轮机效率，如忽略引水建筑物中的水力损失，试求水流出力、水轮机出力和机组出力。
第二章 水轮机的工作原理
（一）选择题
1．水轮机中水流的绝对速度在轴面上的投影是（ ）。 （A ）轴向分量z v ； （B ）轴面分量
m
v 2．水轮机中水流的轴面分量m v 与相对速度的轴面分量m w （ ）。 （A ）相等； （B ）不相等
3．水轮机输出有效功率的必要条件是（ ）。（A ）进口环量必须大于0；（B ）进口环量必须大于出口环量
4．无撞击进口是指水流的（ ）与叶片进口骨线的切线方向一致。 （A ）绝对速度； （B ）相对速度
5．法向出口是指（ ）。（A ）出口水流的绝对速度是轴向的；（B ）出口水流的绝对速度与圆周方向垂直
（二）填空题
1．水轮机转轮中的水流运动是 和 的合成。
2．水轮机轴面上所观察到的水流速度分量是 和 。
3．转轮中水流质点的绝对速度v 可分解为 和 。
4．绘制转轮进口速度三角形需 、 和 三个参数。
（三）简答题
1.在分析水轮机转轮内的水流运动时，做了哪些假定？
2. 什么叫轴面？什么叫流面？混流式、轴流式、斜流式水轮机的流面是何形状？
3. 什么是水轮机的水流速度三角形?研究转轮进、出口水流速度三角形的意义是什么?试绘制混流式与轴流式水轮机的速度三角形示意图。
4. 轴流式和混流式转轮中水流运动各有什么特点？它们的转轮圆周速度如何确定？
5. 研究水轮机基本方程式的目的是什么?推导水轮机基本方程式时利用了什么定理？水轮机基本方程式有哪几种表达形式？水轮机基本方程式的物理意义是什么？
6. 水轮机在运行中会产生哪几种能量损失?这些损失对水轮机总效率的影响程度如何?
7. 水轮机最优工况的定义如何？最优工况应满足什么条件？
8. 偏离最优工况时水轮机效率下降的原因是什么？
9. 什么叫水轮机的最优工况？什么叫无撞击进口？什么叫法向出口？
10. 画出混流式水轮机在非最优工况下（水头不变、流量减小；流量不变、水头减小）叶片进出口速度三角形，并标明各量？
11. 在水轮机水头和转速不变的情况下如何调节水轮机流量，当流量改变是混流式水轮机转轮进出口速度三角形将发生什么变化（以流量增加和减少一种情况为例）
（四）计算题
1．某混流式水轮机的参数为：m D 11=，m b 1.00=，s m Q 316=，H = 256m ，n = 1000r/min ，若水轮机的水力效率%95=h η，试按法向出口条件计算进口速度三角形的参数1111,,,w v v v u m 与1β，并绘出进口速度三角形。
2．某轴流式水轮机的参数为：m D 0.61=，14.0D d h =，s m Q 3160=，m H 18=1.107r n =，假定水
力效率94.0=h η，在m D 5=圆柱面上，按无撞击进口与法向出口条件计算转轮进、出口速度三角形参数，并绘出进、出口速度三角形。
第三章 水轮机空化与空蚀
（一）选择题
1．水轮机的空化系数σ是水轮机（ ）的相对值。 （A ）动态真空； （B ）静态真空
2．水轮机的空化系数与水轮机的（ ）有关。 （A ）安装高程 （B ）工况
3．尾水管补气的主要目的是（ ）。（A ）消除和减轻尾水管的空腔空化；（B ）消除和减轻转轮叶片的空化
4．空蚀发生时过流表面的损坏特征是（ ）。 （A ）表面组织呈蜂窝状；（B ）表面组织呈沟槽状
料试
5．防止翼型空化的条件是（ ）。（A ）实际吸出高度大于允许吸出高度； （B ）实际吸出高度小于允许吸出高度（二）名词解释：1．空化； 2．空蚀； 3．翼型空化； 4．吸出高度； 5．空化核（三）简答题1. 水轮机的空蚀是怎样形成的？水轮机空蚀有哪几种类型？翼型空蚀和空腔空蚀是怎样产生的？2. 空蚀对金属材料表面的侵蚀破坏有哪几种作用，并作简要说明。3. 空化和空蚀对水轮机影响包括哪几方面？4. 写出水轮机装置空化系数公式，说明各符号意义。5. 水轮机空化系数的基本意义是什么？说明水轮机的空化系数和哪些因数有关。6. 什么叫水轮机的吸出高度？写出带有空化安全系数的允许吸出高度计算公式并说明各符号的意义。7. 为何水电站空化系数大于水轮机空化系数时水轮机不发生翼型空化？8. 水轮机的安装高层是如何确定的？9. 水轮机空蚀破坏通常有哪些主要因素？10. 对于已经投入运行的机组，减轻空蚀破坏通常有哪些措施？11. 尾水管中的旋转涡带是怎样形成的？其运动特点怎样？12. 自然补气的形式有几种，各有什么优缺点？（四）计算题
1．某电站安装ZZ560－LH －330水轮机，设计水头m H r 5.19=，水轮机的空化系数5.0=σ（不用修正），
电站海拔高程m E 600=，求此水头下水轮机的允许吸出高度s H 。
2．已知某电站安装的水轮机为HL200－LJ －550，在某工况下模型空化系数1.0=σ，水轮机工作水头
m H 100=，导叶高度102.0D b =，水轮机安装高程m 270=?，尾水位m w 300=?,取安全系数2.1=K ，试判断此工况下水轮机是否产生翼型空化。
第四章 水轮机相似理论
（一）填空题
1．水轮机相似应符合的条件为 、 和 。
2．水轮机工况相似的判据是 和 分别相等。
3．水轮机的比转速越高，其空化系数越 。
4．轴流转浆式水轮机的效率修正值与 有关。
5．水轮机的比转速越高，其应用水头越 。
6．水轮机比转速的常用单位制是 和 。
（二）判断题
1．只有几何相似的水轮机才有可能工况相似。（ ）
2．效率相等的水轮机工况一定是相似工况。（ ）
3．水轮机的比转速相等时，其工况一定相似。（ ）
4．水轮机的11n 和11Q 分别相等时，其比转速一定相等。（ ）
5．同一水轮机在工况相似条件下，其转速与水头成正比。（ ）
6．同一水轮机在工况相似条件下，其流量与水头成正比。（ ）
（三）简答题
1．什么是水轮机的几何相似与运动相似？水轮机的相似条件是什么？主要内容有哪些？
2．分别写出水轮机单位参数11n 和11Q 的一次近似式与二次近似式。
3．相似换算时，对水轮机效率进行修正的原因是什么？
4．什么叫水轮机的相似定律？什么叫水轮机的单位流量、单位转速和单位出力？
5．什么叫水轮机系列？相似水轮机的单位参数是如何换算的？
6．什么叫水轮机的比转速？说明水轮机比转速的意义？
可以解题到位看护关口处理互关系要求进行调作下都护进术，术是指内来确且尽可破坏范
7．为什么说比转速是一个重要的相似判别数？比转速的大小和转轮的形状变化有什么关系？
8．为什么说比转速越高，能量性能越好，空化性能越差，并说明高比转速的水轮机适用低水头的理由?
14．某轴流转桨式水利的设计最大允许吸出高度=-2.8m ，现在水轮机运行在H=0 m 的某工况点上，那么该工况点的水轮机空化状况怎样？为什么？
（四）计算题
1．已知两同系列的水轮机A 、B 的参数分别为：
9.0,200,100,min 150,2.531=====A A A A A m Q m H r n m D η，
89.0,5,5.21,300,2.131=====B B B B B s m Q m H r n m D η，试用相似判据判断两水轮机是否工况相似。
2．水轮机HL220－LJ －550的工作参数为：MW P s m Q r n m H 110,240,min 2.88,493====，
后大坝加高，水头H 增至m 64，求相似工况下同一水轮机的转速n '、流量Q '与出力P '。
第五章 水轮机特性曲线（一）选择题1．水轮机模型综合特性曲线以（ ）作为坐标参数。 （A ）单位转速与单位流量；（B ）水头与出力2．水轮机运转综合特性曲线以（ ）作为坐标参数。 （A ）11n 和11Q ； （B ）H 和P 3．等叶片转角线是（ ）水轮机模型综合曲线的组成部分。（A ）轴流转浆式； （B ）混流式4．转浆式水轮机协联保持时的飞逸转速比协联破坏时（ ）。 （A ）高； （B ）低 5．低比转速混流式水轮机的流量随转速的升高而（ ）。 （A ）增大； （B ）减小（二）简答题1．转浆式水轮机模型综合曲线由哪几种曲线所构成？2．出力限制线的意义何在？3．不同比转速水轮机的等开度线有何不同？绘简图说明。4．什么叫水轮机的特性曲线？它有哪些类型？ 5．什么叫水轮机模型综合特性曲线？什么叫水轮机的运转综合特性曲线？它们之间有何关系？6．水轮机运转综合特性曲线上的出力限制线有何意义？7．水轮机选型的原则是什么，基本过程是怎样的？8．试叙述混流式水轮机模型主要综合特性曲线上5%出力限制线的绘制方法。（三）计算题1．混流式水轮机HL160－LJ －520的参数为min 150,120,150max r n m H m H r ===，设计工况模型导叶开
度mm a M 240=，求水轮机的最高飞逸转速=R n ？
＊解题指导：①根据模型导叶开度，查飞逸特性曲线（见附图1－1～1－15）找出单位飞逸转速R n 11，用
最高水头计算出对应飞逸转速1R n ；②在飞逸特性曲线。
2．某混流式水轮机HL240－LJ －410的参数为：m H m H m H r 26,39,45min max ===，水轮机的额定转速
min 1.107r n =，求水轮机各水头下的最大出力。
第六章 水轮机选型设计
（一）判断题
1．在同样水头与压力条件下,冲击式水轮机的尺寸比混流式大。（ ）
2．计算水轮机转速直径时应使用额定水头。（ ）
3．计算水轮机额定转速时应使用额定水头。（ ）
4．水轮机的最大容许吸出高度应选择各水头下吸出高度的最大值。（ ）
5．水头变幅较大的低水头水电站应选择轴流转桨式水轮机。（ ）
（二）简答题
1．水轮机选型的基本内容有哪些？
2．比转速高的水轮机为什么不适用于高水头？
3．选型计算中如何确定水轮机的单位转速与单位流量？（以混合式和转桨式为例说明）
（三）计算题
1．某水电站H max =150m ，H r =120m ，H av =130m ，H min =90m ，单机水轮机出力220MW ，电站选用HL160型水轮
机。使用模型综合特性曲性计算水轮机的转轮直径1D ，转速n 和过流量Q 。2．某水电站装置HL220-LJ-550水轮机。水轮机的参数为：H max =55m ，H r =48m ，H min =40m ，min /2.88r n =，水电站尾水位高程?尾=450m ，试计算水轮机的最大容许吸出高程H s 。＊解题指导：根据各水头与转速计算对应的单位转速，查HL220模型综合特性曲线，找出各单位转速与出力限值点的交点，确定各交点M σ值，将M σ修正为原型空化系数σ，再用吸出高计算式计算出各水头对应的H s 值，取其中最小者作为水轮机的最大容许吸出高度。查出最大飞逸转速max 11n ，用额定水头计算出对应的飞逸转速2R n ；③在1R n 与2R n 中取最大者作为水轮机最高飞逸转速R n 。其他部分：一、混流式（一）单项选择题1．金属蜗壳的断面为（ ）。 （A ）圆形和椭圆形 （B ）梯形2．包角越大，蜗壳中的水流越（ ）。 （A ）均匀 （B ）不均匀3．导水机构调节流量的实质是（ ）。 （A ）改变导叶出口面积； （B ）改变导叶出口水流角度4．可以增大水流环量的导叶是（ ）。 （A ）正曲率导叶 （B ）负曲率导叶5．直锥形尾水管的恢复系数比弯肘形尾水管的恢复系数（ ）。 （A ）大 （B ）小（二）说明下述基本概念1．蜗壳包角； 2．导叶开度； 3．导叶相对开度； 4．尾水管恢复系数； 5．尾水管相对损失（三）简答题1．混流式水轮机的引水室有几种型式？各适用于什么类型的水电站？2．导式机构的作用是什么？水轮机流量调节有哪几种方式。3．尾水管的作用是什么？其工作原理是什么？
4. 混流式水轮机的性能如何？混流式水轮机由哪几大部分组成？其工作过程怎样？
6. 水轮机的类型有几种，各种类型水轮机有何优缺点？
7. 转轮的作用是什么？转轮一般由哪几部分组成？
8. 混流式水轮机转轮与轴流式水轮机在结构上有何异同点？
9. 止漏环有哪几种类型，其作用范围怎样？
10. 什么叫水轮机的轴向水推力？如何估算？
11. 减压装置有几种类型？它们的工作的原理是怎样的
12. 引水室的作用是什么？它有几种类型？
13．金属蜗壳的应用条件、结构类型和一般的受力特点是怎样的？
14．导水机构的作用是什么，它有几种类型？一般用来调节流量的方法有几种？
15．导水机构的传动机构有何作用？它有哪几种类型？
16．导叶的数目、开度、高度及相对高度、偏心距、进口角和出口角等用什么符号代表？ 基本概念如何？
17．说明水轮机顶盖和底环的结构以及其和其它部件的装置关系？
18．尾水管的类型有几种，各有何优缺点，其作用是什么？
19. 试用伯努里推导尾水管回收动能原理。
20．减轻尾水管振动的措施通常有几种方法？说明补气装置的作用？
21．尾水管的十字架补气和短管补气装置结构怎样？应用范围如何？
（四）计算题
1．某水电站的导叶相对开度25.00=b ，水轮机的单位参数：min /7011r n =，s m Q /1.1311=，水轮机水力效率%95=h η，求该工况下导叶出口水流角0α=？＊解题指导：应用公式g
Q n tg b h ηα6011
1100=2．某模型水轮机的参数为：200=M Z ，mm D M 2501=，mm M 220=α，若原型水轮机240=Z ，m D 0.51=，求原型水轮机在与模型水轮机相似工况时的导叶开度0α。＊解题指导：应用原型水轮机开度换算
公式。二、轴流式水轮机（一）单项选择题1．轴流式水轮机的过流能力比混流式大（ ） A ．大 B ．小2．一般情况下轴流式水轮机的叶片数比混流式（ ） Ａ 多 Ｂ。少3．轴流式水轮机的导水机构高度bo 一般为( ) A. (0.1~0.35)b 1 B. (0.35~0.45)b 14．轴流式水轮机一般采用（ ） Ａ 负曲率导叶 Ｂ 正曲率或对称形导叶5．混凝土蜗壳的包角一般为（ ） Ａ 180~270度 B 270~345度（二）名词解释：1．协联关系； 2．圆柱层无关性假设； 3．转轮进口环量（三）简答题1．与混凝土蜗壳相连接的座环的固定导叶的数目与形状有何特点？2．为什么轴流式水轮机采用略带正环量出口？为什么轴流转桨式水轮机有较宽广的高效区？（四）计算题1．某轴流式水轮机的叶片数为6片，转轮直径D 1=5m ，水头H=20m ，试计算水轮机的轴向水推力T z =？2．某轴流式水轮机的总流量Q=850m 3/S ，蜗壳包角为180度，计算蜗壳进口断面的流量Qo=？若进口断面的平均流速取为4.5m/s ，蜗壳进口断面的面积应为多少？
水轮机基础知识 水轮机是把水流的能量转换为旋转机械能的动力机械，它属于流体机械中的透平机械。早在公元前100 年前后，中国就出现了水轮机的雏形——水轮，用于提灌和驱动粮食加工器械。现代水轮机则大多数安装在水电站内，用来驱动发电机发电。在水电站中，上游水库中的水经引水管引向水轮机，推动水轮机转轮旋转，带动发电机发电。作完功的水则通过尾水管道排向下游。水头越高、流量越大，水轮机的输出功率也就越大。 水轮机按工作原理可分为冲击式水轮机和反击式水轮机两大类。冲击式水轮机的转轮受到水流的冲击而旋转，工作过程中水流的压力不变，主要是动能的转换；反击式水轮机的转轮在水中受到水流的反作用力而旋转，工作过程中水流的压力能和动能均有改变，但主要是压力能的转换。 冲击式水轮机按水流的流向可分为切击式(又称水斗式)和斜击式两类。斜击式水轮机的结构与水斗式水轮机基本相同，只是射流方向有一个倾角，只用于小型机组。 早期的冲击式水轮机的水流在冲击叶片时，动能损失很大，效率不高。1889年，美国工程师佩尔顿发明了水斗式水轮机，它有流线型的收缩喷嘴，能把水流能量高效率地转变为高速射流的动能。 理论分析证明，当水斗节圆处的圆周速度约为射流速度的一半时，效率最高。这种水轮机在负荷发生变化时，转轮的进水速度方向不变，加之这类水轮机都用于高水头电站，水头变化相对较小，速度变化不大，因而效率受负荷变化的影响较小，效率曲线比较平缓，最高效率超过91％。 20世纪80年代初，世界上单机功率最大的水斗式水轮机装于挪威的悉?西马电站，其单机容量为315兆瓦，水头885米，转速为300转／分，于1980年投入运行。水头最高的水斗式水轮机装于奥地利的赖瑟克山电站，其单机功率为22.8兆瓦，转速750转/分，水头达1763.5米，1959年投入运行。 反击式水轮机可分为混流式、轴流式、斜流式和贯流式。在混流式水轮机中，水流径向进入导水机构，轴向流出转轮；在轴流式水轮机中，水流径向进入导叶，轴向进入和流出转轮；在斜流式水轮机中，水流径向进入导叶而以倾斜于主轴某一角度的方向流进转轮，或以倾斜于主轴的方向流进导叶和转轮；在贯流式水轮机中，水流沿轴向流进导叶和转轮。 轴流式、贯流式和斜流式水轮机按其结构还可分为定桨式和转桨式。定桨式的转轮叶片是固定的；转桨式的转轮叶片可以在运行中绕叶片轴转动，以适应水头和负荷的变化。 各种类型的反击式水轮机都设有进水装置，大、中型立轴反击式水轮机的进水装置一般由蜗壳、固定导叶和活动导叶组成。蜗壳的作用是把水流均匀分布到转轮周围。当水头在40米以下时，水轮机的蜗壳常用钢筋混凝土在现场浇注而成；水头高于40米时，则常采用拼焊或整铸的金属蜗壳。
水轮机 一、水轮机的基本参数 1)工作水头（H）:水轮机的工作水头就是指水轮机的进、出口单位 能量差，也就是上游水位与下游水位之差，用H表示，其单位为m。其大小表示水轮机利用水流单位能量的多少。 2)流量（Q）：在单位时间内流经水轮机的水量，称为流量，用Q表 示，其单位为m3/s。其大小表示水轮机利用水流能量的多少 3)出力（P）：具有一定水头和流量的水流通过水轮机便做功，而在 单位时间内所做的功率称为水轮机的出力，用P表示，其单位KW。 水轮机的出力为：P=9.81QH 4）效率（η）目前混流式水轮机的最高效率95% P=9.81QHη 5）比转速指工作水头H为1m、发出的功率P为1kw时水轮机所具有的转速，故称为比转速。 二、水轮机的类型与代号 我们根据水流能量的转换的特征不同，把水轮机分为两大类，及反击型和冲击型水轮机。 反击型水轮机，具有一定位能的水流主要以压能的形态，由水轮机转变为机械能。按其水流经过转轮的方向不同，反击型水轮机可分为以下几种类型： 反击型：轴流（定桨、转桨）水轮机、混流式水轮机、贯流式水轮机、斜流式水轮机
冲击型：水流不充满过流流道，而是在大气压力下工作，水流全部以动能形态由转轮变为机械能。按射流冲击水斗的方式不同，可分为如下几种类型： 冲击型：水斗式水轮机、斜击式水轮机、双击式水轮机 我国水轮机式的代号，有三部分组成，第一部分由水轮机型式及转轮型号组成,并由汉语拼音表示。 水轮机型式的代号 水轮机型式代号水轮机型式代号 混流式HL 轴流转桨式ZZ 斜流式XL 轴流定桨式ZD 双击式SJ 贯流转桨式GZ 斜击式XJ 贯流定桨式GD 冲击式CJ 以本电站为例：水轮机型号：HL(247)—LJ—235，表示混流式水轮机，转轮型号为247，立轴，金属蜗壳，转轮直径为235㎝。三、混流式水轮机 1定义：水流从径向流入转轮，在转轮中改变方向后从轴向流出的水轮机。其叶片固定，不能转动调节。 2 混流式水轮机 - 结构特点 混流式水轮机主要应用于20—450米的中水头电厂， 其结构紧凑，效率较高，能适应很宽的水头范围，是目前 世界各国广泛采用的水轮机型式之一。