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第一章 水轮机类型、结构及工作原理
特征水头：
最大工作水头——允许水轮机运行的最大净水头
最小工作水头——保证水轮机安全、稳定运行的最小净水头。
额定水头(计算水头) Hr——水轮机发出额定出力时的所需要的最小净水头。
设计水头Hd——水轮机在最高效率点运行时的净水头。
平均水头Ha——在一定期间内，所有可能出现的水轮机水头的加权平均值，是水轮机在其附近运行时间最长的净水头。
反击式水轮机定义: 利用水流的势能和动能做功的水轮机称为反击式水轮机。
混流式：H=20—700m；轴流式：H=3～80m ；斜流式：H=40～200m；贯流式：H=2～30m
冲击式水轮机定义：利用水流的动能来做功的水轮机为冲击式水轮机
水斗式: H=40～1700m；双击式：H=5～100m；斜击式：H=20～300m
反击式水轮机的主要组成部件：
(1) 进水(引水)部件—蜗壳：将水流均匀、旋转，以最小水头损失送入转轮。
(2) 导水机构（导叶及控制设备)：控制工况
(3) 转轮（工作核心)：能量转换，决定水轮机的尺寸、性能、结构。
(4) 泄水部件(尾水管):回收能量、排水至下游。
蜗壳的作用是使水流产生圆周运动，并引导水流均匀地、轴对称地进入水轮机。
导叶开度a0：任意两个相邻导叶出口边的垂直距离，最大开度为a0max
导叶相对高度b0/D1：与转轮型式有关，适用水头愈高的水轮机， b0/D1愈小
反击式水轮机最优工况：同时满足β1= βe1、α2=90°(V2⊥U2)时，进口无撞击损失，出口无涡流损失，此时水轮机的效率η最高，称为水轮机的最优工况
第二章：水轮机蜗壳、尾水管及空化与空蚀
蜗壳的型式:
混凝土蜗壳：适用于低水头大流量的水轮机。断面型式：“T”形。
金属蜗壳：适用于中高水头的水轮机。断面型式:圆形
蜗壳包角：蜗壳末端(鼻端)到蜗壳进口断面之间的中心角φ0
尾水管型式:直锥形,弯锥形,弯肘形
尾水管的作用
(1)汇集转轮出口水流，排往下游。
(2)当Hs>0时，利用静力真空。
(3)利用动力真空Hd。
汽化定义：在给定温度下，液体开始汽化的临界压力为该温度下的汽化压力(Pb)
水轮机汽蚀定义:
气泡在溃灭过程中，由于气泡中心压力发生周期性变化，使周围的水流质点发生巨大的反复冲击，对水轮机过流金属表面产生机械剥蚀和化学腐蚀破坏的现象，称水轮机的汽蚀.
汽蚀造成的危害及防止汽蚀的措施
危害：
1.使过流部件机械强度降低，严重时整个部件破坏。
2.增加过流部件的糙率，水力损失加大，效率降低，流量减小（漏损加大），出力下降。
3.机组产生振动、噪音及负荷波动，严重时造成厂房振动破坏。
4.缩短了机组检修的周期，增加了检修的复杂性。消耗钢材、延长工期，影响电力生产。
措施：流速和压力是产生汽蚀最重要的两个原因，因此要控制流速和压力的急剧变化。
1.设计制造方面： 合理选型，叶型流线设计，表面光滑，抗汽蚀钢衬(不锈钢)。
2.工程措施：合理选择安装高程，采取防沙、排沙措施，防止泥沙进入水轮机。
3.运行方面：避开低负荷、低水头运行，合理调度，必要时在尾水管补气；已汽蚀破坏的叶片，采用不锈钢焊条补焊或涂非金属涂层保护。
第三章水轮机特性及选型
水轮机相似条件 ：几何相似，运动相似，动力相似
轮系定义：几何相似、转轮直径不同的水轮机所形成的系列
相似工况：同一轮系水轮机保持运动相似的工作状况
比转速定义：同一轮系水轮机，当其工作水头H=1m，出力N=1kW时，所具有的转速。
比转速的物理意义（15分）
1.相似水轮机，工况相似，ns相同。不同的ns ，反映不同轮系水轮机特征。
2.当H一定时： ns ↑→N↑→n↑。机组尺寸缩小，投资减少，因此提高比转速可以降低造价。
3.当H和N一定时，ns越高，汽蚀系数越大，增加厂房开挖。
4.比转速增加，单位流量增加，b0/D1增大，叶片数目减少。
机组台数及单机容量的选择（论述题）
1、机组台数与机电设备制造的关系
N总一定，Z0多→N单↓→尺寸（D1）小→制造运输容易→造价高（单位千瓦耗材多、制造量大）。所以一般选用较大的N单。
2、机组台数与电站投资的关系
Z0多→单位千瓦投资↑→阀门、调速、管道、辅设、电气等增加→厂房尺寸增加。
N单↓→D1↓→尾水管高度低→开挖少→投资少
3、机组台数与运行效率的关系：Z0多→平均效率提高
(1) 担任基荷时：出力变化小，流量变化稳定，可用较少的台数，使水轮机在较长时间内以最优工况运行，其平均效率也比较高。
(2) 担任峰荷时：出力变化幅度大，应该选用较多的台数，以增加其运行灵活性，提高整体运行效率。
(3) 对于轴流定浆和混流式水轮机，可以选用较多的台数，而对于轴流转浆式水轮机因其调节性能好，可以选用较少的机组。
4、机组台数与电站运行维护工作的关系
台数多，运行灵活，事故影响小，但同时增加了事故的几率，也增加了管理人员、提高了运行费，所以不宜采用过多的台数。
总之，一般应采用较大的N单，较少的台数，但一般至少应选2台，少数情况下可选1台
第四章 水轮机调节
水轮机调节的定义：随着电力系统负荷变化，水轮机相应地改变导叶开度(或针阀行程)，使机组转速恢复并保持为额定转速的过程，称为水轮机调节。调节实质：调节转速
水轮机调节的任务：
1、随外界负荷的变化，迅速改变机组的出力。
2、保持机组转速和频率变化在规定范围内。
3、常规启动、停机、增减负荷、事故关机，对并入电网的机组进行成组调节(负荷分配)。
按调速器元件工作原理分：机械液压(机调)、电气液压(电调)和微机调速器
第五章 水电站布置形式及其组成建筑物
水电站：按其集中水头的方式不同分为：坝式、引水式、混合式三种基本方式。
坝式水电站又分为坝后式和河床式。区别在于厂房自身是否挡水。
引水式水电站的类型:无压引水电站，有压引水电站
水电站建筑物的组成：挡水建筑物，泄水建筑物，过坝建筑物。进水建筑物，引水建筑物，平水建筑物，厂房枢纽。
第六章 水电站进水口及防沙、防污和防冰措施
进水口的功用与要求：
功用:按照负荷要求，从水库或河流中引进发电用水
基本要求
要有足够的进水能力。水质要符合要求。水头损失小。可控制流量。满足水工建筑物的一般要求
进水口按水流条件分为:有压进水口，无压进水口
有压进水口的类型：洞式进水口，墙式进水口，塔式进水口，坝式进水口
过栅流速：指扣除墩（柱）、横梁及栅条等各种阻水面积后按净面积算出的流速
有压进水口分为：进口段（底板为平板，两侧收缩曲线为圆弧或椭圆，顶板收缩曲线为1/4椭圆曲线），闸门段（断面为矩形），渐变段（采用圆角过渡）
工作闸门（事故闸门）运用要求：动水中快速(1～2min)关闭，静水中开启。
检修闸门运用要求：静水中启闭
第七章 水电站渠道、压力前池及隧洞
渠道的要求：有一定的输水能力，水质要符合要求，运行安全可靠，结构经济合理，便于施工及运行
渠道按水力特性分为：
非自动调节渠道：渠堤顶大致平行渠底，渠道的深度沿途不变，在渠道末端的压力前池处设溢流堰，渠首设闸门
自动调节渠道：渠堤顶基本水平，渠道断面向下游逐渐加大，渠末不设泄水建筑物，渠首不设闸门
压力前池的作用：
1.满足压力管道进水口及其设备的布置要求
2.能够向各压力管道均匀分配流量
3.具有拦污、排污、排冰功能
4.在水电站处理发生变化时，能宣泄多余水量
5.当发生不稳定流时。能够稳定水位，调节流量
日调节池与压力前池之间的渠道按Qmax设计；日调节池与进水口之间的渠道按 设计。
日调节池应尽量靠近压力前池
隧洞的优缺点（与渠道比）
优点：
1、可以采用较短的路线，避开沿线不利的地形、地质条件；
2、有压隧洞能适应水库水位的大幅度升降及水电站引用流量的迅速变化；
3、不受冰冻影响，沿程无水质污染；
4、运行安全可靠。
缺点：对地质条件、施工技术及机械化要求较高，单价较贵，工期较长。
发电隧洞的断面尺寸：城门洞形、马蹄形、高拱形、圆形
第八章水电站压力管道
按布置方式分为：地面压力管道、地下压力管道、坝身压力管道
压力管道路线选择基本原则：
1.尽可能选择短而直的路线
2.尽量选择良好的地质条件的路线
3.尽量减少管道的起伏波折，避免出现负压
4.钢管转弯直径不小于三倍的管径
压力管道引进厂房的方式：正向引进，侧向引进，斜向引进
压力管道的供水方式：单元供水，联合供水，分组供水
压力管道的敷设方式：连续式，分段式
支墩类型：滑动式、滚动式、摆动式
镇墩类型:封闭式，开敞式
压力管道的闸门一般为平面钢闸门，其形式为：蝴蝶阀（动水中关闭，在静水中开启
）、球阀、平板阀
结构设计状况分为持久状况、短暂状况和偶然状况三种。
三种设计状况均应进行承载能力极限状态设计。
岔管体型设计（水力学角度）
1、使水流通过岔管各断面的平均流速相等，或使水流处于缓慢的加速状态。
2、采用较小的分岔角β，一般30°～70°，常用45°～60°。
3、分支管采用锥管过渡，避免用柱管直接连接。半锥角一般用5°～10°。
4、采用较小的岔裆角γ，有利于分流。
5、支管上游采用较小的顺流转折角θ
岔管类型：贴边式岔管、三梁岔管、月牙肋岔管、球形岔管、无梁岔管
岔管布置形式：非对称Y形、对称Y形、三岔形布置
地下埋管的布置形式：斜井、竖井、平洞
坝内埋管的布置形式：倾斜式布置、平式和平斜式布置、竖直式布置
第九章 水电站水击及调节保证计算
水电站的不稳定工况：由于负荷的变化而引起导水叶开度、水轮机流量、水电站水头、机组转速的变化，称为水电站的不稳定工况。
水锤（水击）：随着流速的改变而引起的水压显著变化的现象，实质上是流量发生变化时在水流惯性作用及压力钢管的弹性影响下压力波在管中反复传递的现象
调节保证计算
机组负荷在较大范围内突然变化的情况下，考虑到调速器的影响以进行限制水击压力和机组转速变化值的计算，一般称为调节保证计算
调节保证计算的任务
根据水电站压力引水系统和水轮发电机组的特性，合理选择调速器的调节时间和调节规律，进行水击压力和机组转速变化值的计算，使二者均在允许范围以内，并尽可能地降低水击压力。
在高水头电站中常发生第一相水击，可以采取先慢后快的非直线关闭规律，以降低第一相水击值；在低水头水电站中常发生极限水击，可采取先快后慢的非直线关闭规律，以降低末相水击值。
减小水锤压强的措施
(一) 缩短压力管道的长度
(二) 减小压力管道中的流速
(三) 增大发电机的飞轮力矩GD2
(四) 延长有效的关闭时间
(五) 选择合理的调节规律
第十章 调压室
调压室的功用
反射水锤波
减小水锤压力
改善机组在负荷变化时的运行条件及系统供电质量。
对调压室的基本要求
应尽量靠近厂房
能充分反射压力水管传来的水锤波
工作必须是稳定的
正常运行时水头损失要小；
结构安全可靠，施工简单方便，造价经济合理。
调压室的布置方式：1、上游调压室2、下游调压室3、上下游双调压室系统4、上游双调压室系统
调压室的基本类型：1、简单式调压室2、阻抗式调压室3、双室式调压室4、 溢流式调压室5、 差动式调压室6、 气垫式调压室