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1、第四节 水轮机蜗壳的形式及尺寸确定,一、蜗壳的功用及型式 (一) 功用 蜗壳是水轮机的进水部件，把水流以较小的水头损失，均匀对称地引向导水机构，进入转轮。设置在尾水管末端。 (二) 型式 混凝土蜗壳和钢蜗壳。,1. 混凝土蜗壳,适用于低水头大流量的水轮机。 H40m, 钢筋混凝土浇筑，“T”形断面。 当H40m时，可用钢板衬砌防渗(H 最大达80m),2. 金属蜗壳,当H40m时采用金属蜗 壳。其断面为圆形，适 用于中高水头的水轮机。 钢板焊接：H=40200m， 钢板拼装焊接。 铸钢蜗壳：H200m时，钢板太厚，不易焊接，与座环一起铸造而成的铸钢蜗壳，其运输困难。,二、蜗壳的主要参数,1.断
2、面型式与断面参数 金属蜗壳：圆形结构参数：座环外径、内径、导叶高度、蜗壳断面半径、蜗壳外缘半径。,混凝土蜗壳：“T”形。 (1) m=n时：称为对称型式 (2) mn：下伸式 (3) mn：上伸式 (4) n=0：平顶蜗壳 中间断面： 蜗壳顶点、底角点的变化规律按直线或抛物线确定。,蜗壳中间断面,金属蜗壳 混凝土蜗壳,2. 蜗壳包角,蜗壳末端(鼻端)到蜗壳进口断面之间的中心角0 (1) 金属蜗壳：0=340350,常取345 (2) 混凝土蜗壳：0=180270,一般取180，一大部分水流直接进入导叶，为非对称入流，对转轮不利）,3、蜗壳进口平均流速： 进口断面流量 Qmax水轮机的最大引用流
3、量。 VcFchw；VcFchw； 一般由HrVC曲线确定VC,金属蜗壳流速系数,混凝土蜗壳进口断面流速系数,三、蜗壳的水力计算,水力计算的目的: 确定蜗壳各中间断面的尺寸，绘出蜗壳单线图，为厂房设计提供依据。 已知： 水流在蜗壳中的运动规律 水流进入蜗壳后，形成一种旋转运动(环流)，之后进入导叶, 水流速度分解为Vr、Vu。 进入座环时，按照均匀轴对称入流的要求，Vr=常数。,圆周流速Vu的变化规律，有两种基本假定： (1) 速度矩Vur= C 假定蜗壳中的水流是一种轴对称有势流，忽略粘 性及摩擦力，Vu会随r的增加而减小。 (2) 圆周流速Vu=C：即假定Vu=VC=C,3. 蜗壳的水力计
4、算按(Vu=VC=C),（1）金属蜗壳水力计算,(i) 蜗壳进口断面： 断面半径： 从轴心线到蜗壳外缘半径：,(ii) 中间断面( ) 由此可以绘出蜗壳平面图单线图。其步骤为： (i) 确定0 和VC ； (ii) 求Fc、max、Rmax； (iii) 由i确定Fi、i、Ri。,(2) 混凝土蜗壳的水力计算(半解析法),(1) 按进口流速求进口断面积； (2) 根据水电站具体情况选择断面型式，并确定断面尺寸，使其 (3) 选择顶角与底角点的变化规律(直线或抛物线)，以虚线表示并画出1、2、3.等中间断面。 (4) 测算出各断面的面积，绘出：F = f(R)关系曲线。 (5) 按 绘出F =
5、f()直线。 (6) 根据i确定Fi、Ri及断面尺寸，绘出平面单线图。,第五节 尾水管的型式及其主要尺寸,一、尾水管型式 直锥形用于小型水轮机 弯锥形用于卧轴水轮机 弯肘形（大中型电站）,常见尾水管的形式,直锥形,常见尾水管的形式,弯锥形,弯肘形,弯肘型尾水管,减小厂房开挖深度，水力性能好，大中型号水轮机均采用弯肘型尾水管。 组成：直锥段、肘管、出口扩散段。,轴流式水轮机 混流式水轮机,1. 进口直锥段： 进口直锥段是一个垂直的圆锥形扩散管，D3为直锥管进口直径，为锥管单边扩散角。 混流式：直锥管与基础环相接，(转轮出口直径)， =7 9 轴流式：与转轮室里衬相连接，D3=0.937D1，=8
6、 10。 h3直锥段高度，其长度增加将会导致开挖量增加。一般在直锥段加钢板衬。,2. 肘管： 90变断面的弯管，进口为圆形断面，出口为矩形断面。F进/F出=1.3 曲率半径R小离心力大压力、流速分布不均匀hw大。R=(0.61.0)D4 为减小转弯处的脱 流及涡流损失，肘 管出口收缩断面 (hc)： 高/宽=0.25。,3、出口扩散段： 矩形扩散管，出口宽度B5， B5很大时，加隔墩d5=(0.10.15) B5 顶板 =1013，底板水平。,4.尾水管的高度与水平长度 尾水管的总高度和总长度是影响尾水管性能的重要因素。 H=h1+h2+h3+h4 h1，h2由转轮结构确定; h4为肘管高度，不易变动。 H取决于h3(直锥段长度)。h3大开挖加大，工程投资增大； L：机组中心到尾水管出口，L大F出大V出小w大hf大厂房尺寸加大，一般L=( 3.54.5) D1。 5.推荐尾水管尺寸：表4-15。,6.尾水管局部尺寸的变更 厂房设计中，由于地形、地质条件，布置厂房的原因，在不影响尾水管能量指标的前提下，对选出的尾水管尺寸可作局部变更。 减小开挖，h不动，扩散段底板向上倾斜612 大型反击式水轮机，为减小厂房长度，尾水管不对称布置 地下电站：为使岩石稳定，尾水管采用窄深断面 加长h3、L(目前国内最长取到L=108D1)，但需要论证转轮出口的真空度和机组的抬机可能性。,