《水電站建筑物》課程模擬考試試卷答案一、單項選擇題1.答案：A本題考查水電站進水口的類型特點，深式進水口適用于從深層水中取水，滿足高水頭水電站的取水要求。2.答案：C有壓隧洞為了保證水流的有壓狀態(tài)，需要有一定的內水壓力，圓形斷面能較好地承受內水壓力。3.答案：B壩后式水電站廠房布置在壩的下游，利用壩前水頭發(fā)電，適用于中高水頭的情況。4.答案：D水擊現(xiàn)象是由于水流速度的突然變化引起的壓力波動，直接水擊是指水擊波未反射回閥門處閥門就已關閉完畢的情況。5.答案：A溢流式廠房是一種特殊的廠房布置形式，洪水可以從廠房頂溢流，適用于河谷狹窄、泄洪量大的情況。6.答案：C地下式廠房將主要發(fā)電設備布置在地下洞室中，能較好地適應地形、地質條件復雜的情況。7.答案：B調壓室的基本作用是反射水擊波，減小水擊壓力對壓力管道和機組的影響。8.答案：A壩式水電站是在河道上修建攔河壩，抬高水位，形成發(fā)電水頭。9.答案：D尾水管的作用是將水輪機出口的水流引向下游，并回收部分動能，提高水輪機的效率。10.答案：C河床式水電站廠房和擋水壩一起建在河床中，共同承受水壓力，適用于低水頭大流量的情況。二、多項選擇題1.答案：ABCD進水口的基本要求包括要有足夠的進水能力、水質符合要求、水流平順、有良好的防滲和防沖能力等，以保證水電站的正常運行。2.答案：ABC壓力管道的供水方式有單元供水、聯(lián)合供水和分組供水三種，各有其適用條件和優(yōu)缺點。3.答案：ABD廠房的主要組成部分包括主機室、安裝間和副廠房，主機室放置水輪發(fā)電機組等主要設備，安裝間用于設備的安裝和檢修，副廠房為輔助設備和運行管理提供空間。4.答案：ABC調壓室的類型有簡單圓筒式、阻抗式和雙室式等，不同類型的調壓室適用于不同的水電站條件。5.答案：ACD壩式水電站根據(jù)廠房布置位置不同可分為壩后式、溢流式和壩內式，河床式是另一種類型的水電站。三、判斷題1.答案：正確有壓進水口一般設置在水庫的深層，以獲取清潔、穩(wěn)定的水源，滿足高水頭發(fā)電的需要。2.答案：錯誤隧洞的襯砌主要是為了承受圍巖壓力、內水壓力，防止?jié)B漏，改善水流條件等，而不是增加隧洞的開挖尺寸。3.答案：正確水輪機的吸出高度對水輪機的運行效率和空化性能有重要影響，合理確定吸出高度可以保證水輪機的正常運行。4.答案：錯誤調壓室不能完全消除水擊壓力，只能反射和減小水擊波，降低水擊壓力對壓力管道和機組的影響。5.答案：正確地下式廠房由于布置在地下，受外界自然條件的影響較小，運行較為安全可靠。6.答案：錯誤壩后式水電站和河床式水電站的區(qū)別主要在于水頭大小和廠房的布置方式，而不是發(fā)電原理。7.答案：正確壓力前池是無壓引水式水電站中的一個重要建筑物，它可以平穩(wěn)水壓、沉淀泥沙、分配流量等。8.答案：錯誤尾水管的作用是回收水輪機出口水流的部分動能，而不是增加水輪機的工作水頭。9.答案：正確溢流式廠房在洪水期可以讓洪水從廠房頂溢流，解決了河谷狹窄、泄洪困難的問題。10.答案：錯誤圓筒式調壓室結構簡單，但在水位波動時，調壓室內的水位波動幅度較大，水力穩(wěn)定性相對較差。四、簡答題1.簡述水電站進水口的類型及適用條件。水電站進水口按水流條件可分為有壓進水口和無壓進水口。有壓進水口適用于從水庫等水體中深層取水，為有壓引水系統(tǒng)提供水源，常用于高水頭水電站。其特點是進水口位于水庫最低水位以下一定深度，以保證在各種運行工況下都能取得足夠的水量，并且能防止吸入空氣和漂浮物。有壓進水口又可分為隧洞式、壩式、岸塔式和塔式等。隧洞式進水口適用于隧洞進口地質條件較好，巖體比較完整的情況；壩式進水口一般與壩體結合，適用于混凝土壩；岸塔式進水口依靠山體一側建造，適用于岸坡較陡、巖石堅固的情況；塔式進水口則獨立建于水庫中，適用于岸坡平緩、地質條件較差的情況。無壓進水口一般設置在河流的上游，用于引取表層水，適用于無壓引水式水電站。其作用是將河水引入引水渠道，通常具有攔污、防沙等功能。無壓進水口一般由進水閘、攔污柵、沉沙池等組成，適用于低水頭、大流量的水電站。2.壓力管道的敷設方式有哪幾種？各有什么特點？壓力管道的敷設方式主要有明管、地下埋管和壩內埋管三種。明管是敷設在地面上的壓力管道，其特點是便于安裝、檢修和維護，能直觀地觀察管道的運行情況。但明管受外界環(huán)境影響較大，需要設置鎮(zhèn)墩和支墩來固定和支撐管道，以承受管道的內水壓力和自重等荷載。同時，明管需要進行防腐處理，以防止管道生銹腐蝕。地下埋管是將壓力管道埋設在地下巖體中，這種敷設方式可以利用圍巖來承受部分內水壓力，減少管道的壁厚。地下埋管受外界環(huán)境影響小，運行比較安全可靠。但地下埋管的施工難度較大，需要進行地下洞室的開挖和襯砌，并且在施工過程中要注意防止地下水的滲漏和對管道的侵蝕。壩內埋管是將壓力管道布置在壩體內部，與壩體結合在一起。這種敷設方式可以充分利用壩體的結構，減少管道的占地面積，同時也便于與水電站的廠房等建筑物連接。但壩內埋管的設計和施工需要考慮壩體的結構安全和應力分布，對管道的布置和固定要求較高。3.簡述廠房的主要組成部分及其作用。廠房主要由主機室、安裝間和副廠房三部分組成。主機室是廠房的核心部分，主要放置水輪發(fā)電機組及其附屬設備。水輪發(fā)電機組是將水能轉化為電能的關鍵設備，主機室要為其提供合適的安裝空間和運行環(huán)境，保證機組的正常運行。同時，主機室還要考慮通風、散熱、防潮等問題，以保護設備的性能和壽命。安裝間是用于機組的安裝、檢修和更換部件的場所。在機組安裝時，安裝間要提供足夠的空間和起吊設備，以便將大型設備吊運到主機室進行安裝。在機組檢修時，安裝間可以將需要檢修的部件拆卸下來進行維修和調試，保證機組的正常運行。副廠房是為水電站的運行管理和輔助設備提供空間的部分。副廠房內設有各種輔助設備，如控制設備、保護設備、通信設備等，用于對水輪發(fā)電機組進行監(jiān)控、調節(jié)和保護。同時，副廠房還設有辦公室、值班室、倉庫等，為工作人員提供辦公和生活的場所。4.調壓室的作用是什么？有哪些基本類型？調壓室的主要作用是反射水擊波，減小水擊壓力對壓力管道和水輪發(fā)電機組的影響。當水輪機的負荷發(fā)生變化時，引水系統(tǒng)中的水流速度會突然改變，從而產(chǎn)生水擊現(xiàn)象。調壓室可以在水擊波傳播到調壓室時，將部分水擊波反射回去，降低水擊壓力的峰值，保護壓力管道和機組的安全。此外，調壓室還可以調節(jié)引水道中的流量，改善機組的運行條件，提高水電站的運行穩(wěn)定性。調壓室的基本類型有簡單圓筒式、阻抗式、雙室式、溢流式和差動式等。簡單圓筒式調壓室結構簡單，施工方便，但水位波動幅度較大，水力穩(wěn)定性較差；阻抗式調壓室在調壓室與引水道之間設置阻抗孔，可減小水位波動幅度，提高水力穩(wěn)定性；雙室式調壓室由上下兩個室組成，通過連通管連接，能較好地調節(jié)水位波動；溢流式調壓室頂部設有溢流堰，當水位過高時可以溢流，保證調壓室的安全；差動式調壓室綜合了阻抗式和溢流式的優(yōu)點，具有較好的水力性能。5.簡述壩式水電站、河床式水電站和引水式水電站的特點及適用條件。壩式水電站是在河道上修建攔河壩，抬高水位，形成發(fā)電水頭。其特點是水頭較高，引用流量較大，水庫調節(jié)能力較強，可以進行多年調節(jié)或季調節(jié)，能夠充分利用水資源。壩式水電站的發(fā)電廠房一般布置在壩后或壩內，與壩體結合緊密。適用條件是河道流量較大、有合適的建壩地形和地質條件，如河谷狹窄、兩岸山體穩(wěn)定等，適用于中高水頭的水電站。河床式水電站的廠房和擋水壩一起建在河床中，共同承受水壓力。其特點是水頭較低，一般在20-30m以下，引用流量大，不設高大的攔河壩，水庫調節(jié)能力較差。河床式水電站適用于平原地區(qū)的河流，河道較寬、流量較大且水頭較低的情況，如長江中下游的一些水電站。引水式水電站是通過引水道將水流引到較遠的地點，利用引水道的落差形成發(fā)電水頭。其特點是水頭較高，引用流量相對較小，水庫調節(jié)能力一般較弱。引水式水電站根據(jù)引水道的不同可分為無壓引水式和有壓引水式。無壓引水式適用于河道坡降較陡、流量較小的情況；有壓引水式適用于河道狹窄、兩岸地形陡峻的情況。五、計算題1.某水電站壓力管道采用單元供水方式，管道長度$L=300m$，管徑$D=2m$，設計流量$Q=20m^3/s$，水的彈性模量$K=2.06×10^9Pa$，管道材料的彈性模量$E=2.0×10^{11}Pa$，管道壁厚$\delta=0.02m$。試求：（1）水擊波速$c$；（2）直接水擊的壓力升高值$\DeltaH$。解：（1）首先計算水擊波速$c$，根據(jù)公式：\[c=\frac{c_0}{\sqrt{1+\frac{KD}{E\delta}}}\]其中$c_0=\sqrt{\frac{K}{\rho}}$，水的密度$\rho=1000kg/m^3$，則：\[c_0=\sqrt{\frac{2.06×10^9}{1000}}\approx1435m/s\]將$K=2.06×10^9Pa$，$D=2m$，$E=2.0×10^{11}Pa$，$\delta=0.02m$代入水擊波速公式可得：\[c=\frac{1435}{\sqrt{1+\frac{2.06×10^9×2}{2.0×10^{11}×0.02}}}\]\[=\frac{1435}{\sqrt{1+1.03}}\]\[=\frac{1435}{\sqrt{2.03}}\approx1007m/s\]（2）直接水擊的壓力升高值$\DeltaH$計算公式為：\[\DeltaH=\frac{c\Deltav}{g}\]其中$\Deltav$為流速變化值，管道流速$v=\frac{Q}{A}$，$A=\frac{\piD^2}{4}=\frac{\pi×2^2}{4}=\pim^2$，則$v=\frac{20}{\pi}\approx6.37m/s$，假設閥門突然關閉，$\Deltav=v=6.37m/s$，$g=9.81m/s^2$，則：\[\DeltaH=\frac{1007×6.37}{9.81}\approx652m\]2.已知某水電站廠房內水輪發(fā)電機組的單機容量$P=50MW$，水輪機效率$\eta_t=0.9$，發(fā)電機效率$\eta_g=0.95$，設計水頭$H=80m$。試求：（1）水輪機的輸入功率$P_t$；（2）通過水輪機的流量$Q$。解：（1）根據(jù)發(fā)電機輸出功率$P$與水輪機輸入功率$P_t$的關系$P=P_t\eta_g$，可得水輪機的輸入功率為：\[P_t=\frac{P}{\eta_g}=\frac{50×10^6}{0.95}\approx52.63×10^6W=52.63MW\]（2）水輪機的輸入功率$P_t$與流量$Q$、水頭$H$和水的容重$\gamma$（$\gamma=9810N/m^3$）的關系為$P_t=\gammaQH\eta_t$，則通過水輪機的流量為：\[Q=\frac{P_t}{\gammaH\eta_t}=\frac{52.63×10^6}{9810×80×0.9}\]\[=\frac{52.63×10^6}{706320}\approx74.5m^3/s\]六、論述題1.論述水電站建筑物的總體布置原則及各建筑物之間的相互關系。水電站建筑物的總體布置原則主要包括以下幾個方面：（1）安全可靠原則：水電站建筑物要能夠承受各種荷載和外力作用，保證在各種工況下的安全運行。例如，攔河壩要能夠承受水壓力、風浪壓力等，壓力管道要能夠承受內水壓力，廠房要能夠保證機組的穩(wěn)定運行。（2）經(jīng)濟合理原則：在滿足安全要求的前提下，要盡可能降低工程造價和運行成本。合理選擇建筑物的類型和尺寸，優(yōu)化布置方案，減少工程量和占地面積。例如，選擇合適的壩型和廠房布置方式，降低建設成本。（3）綜合利用原則：要充分考慮水資源的綜合利用，除了發(fā)電外，還要兼顧防洪、灌溉、航運、供水等其他功能。例如，水庫可以在洪水期攔蓄洪水，在枯水期放水灌溉和供水。（4）施工方便原則：建筑物的布置要便于施工，減少施工難度和工期。合理安排施工順序和施工場地，提高施工效率。例如，壓力管道的布置要考慮施工時的運輸和安裝條件。各建筑物之間存在著密切的相互關系：（1）進水口與引水道：進水口是引水道的起點，它的作用是將水引入引水道。進水口的位置和尺寸會影響引水道的水流條件和進水能力。引水道則將水輸送到水輪機，其長度、斷面形狀和糙率等會影響水流的能量損失和水輪機的效率。（2）引水道與調壓室：當引水道較長時，為了減小水擊壓力，需要設置調壓室。調壓室與引水道相連，它可以反射水擊波，調節(jié)引水道中的流量和壓力，保護壓力管道和水輪機。（3）壓力管道與水輪機：壓力管道將水從引水道或調壓室輸送到水輪機，為水輪機提供具有一定壓力和流量的水流。壓力管道的管徑、壁厚和長度等會影響水輪機的進水條件和工作性能。（4）水輪機與發(fā)電機：水輪機將水能轉化為機械能，發(fā)電機則將機械能轉化為電能。它們是水電站發(fā)電的核心設備，相互配合，共同完成發(fā)電任務。（5）廠房與其他建筑物：廠房是放置水輪發(fā)電機組和其他輔助設備的場所，它要與進水口、引水道、壓力管道等建筑物合理連接，保證水流的順暢和設備的正常運行。同時，廠房還要考慮與變電站、開關站等電氣設備的連接，以便將電能輸送到電網(wǎng)。2.分析水擊現(xiàn)象對水電站運行的影響及減小水擊壓力的措施。水擊現(xiàn)象對水電站運行的影響主要體現(xiàn)在以下幾個方面：（1）對壓力管道的影響：水擊會產(chǎn)生很高的壓力升高值，可能導致壓力管道的管壁承受過大的應力，甚至引起管道破裂，造成嚴重的安全事故。此外，反復的水擊作用還會使管道材料產(chǎn)生疲勞破壞，降低管道的使用壽命。（2）對水輪機的影響：水擊壓力的波動會影響水輪機的正常運行，導致水