水轮机的蜗壳、尾水管.ppt

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1、第二章水轮机的蜗壳、尾水管及气蚀第一节蜗壳的型式及其主要参数选择一、蜗壳设计的基本要求（1）过水表面应光滑、平顺、水力损失小；（2）保证水流均匀、轴对称地进入导水机构；（3）水流在进入导水机构前应具有一定的环量，以保证在主要的运行工况下水流能以较小的冲角进入固定导叶和活动导叶，减小导水机构的水力损失；（4）具有合理的断面形状和尺寸，以降低厂房投资及便于导水机构的接力器和传动机构的布置；（5）具有必要的强度及合适的材料，以保证结构上的可靠性和抵抗水流的冲刷；二、蜗壳的功用及型式(一)、功用：蜗壳是水轮机的进水部件，把

2、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。(二)、型式1、混凝土蜗壳：H≦40m。节约钢材，钢筋混凝土浇筑，“T”形断面。当H>40m时，可用钢板衬砌防渗。适用于低水头大流量的水轮机。2、金属蜗壳：当H>40m时采用金属蜗壳。其断面为圆形~椭圆，适用于中高水头的水轮机。(1)钢板焊接：H=40~200m，钢板拼装焊接。(2)铸钢蜗壳：H>200m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。三、蜗壳的主要参数1、断面型式与断面参数(1)金属蜗壳：圆形。结构参数：座环外径、内径、导叶

3、高度、蜗壳断面半径、蜗壳外缘半径(2)混凝土蜗壳：“T”形。便于施工和减小其径向尺寸，降低厂房土建投资有四种型式：(i)n=0：平顶蜗壳。特点：接力器布置方便，减小下部混凝土，但水流条件不太好。(iii)m>n:δ=20°~30°γ=10°~20°。(iv)m≤n:δ=20°~30°，γ=20°~35°。m=n时，称为对称型式。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。m>n和m=n较常用。2、蜗壳包角定义:蜗壳末端(鼻端)到蜗壳进口断面之间的中心角φ。(1)金属蜗壳：φ0=340°~350°，常取3

4、45°φ0大，过流条件好，但平面尺寸增大，厂房尺寸加大。金属蜗壳的流量小，尺寸小，一般取较大包角；从构造上讲，最后100°内，断面演变成为椭圆。(2)、混凝土蜗壳：Q大，为减小平面尺寸，φ0=180°~270°，一般取180°，一部分水流未进入蜗形流道，从而减小了蜗壳进口断面尺寸，这部分水流直接进入导叶，为非对称入流，加重了导叶的负担，因此在非蜗形流道处，固定导叶断面形状常需特殊设计。3、蜗壳进口断面平均流速进口断面流量：Qmax——水轮机的单机最大引用流量。Vc↑→Fc↓→hw↑；Vc↓→Fc↑→hw↓；一般由H

5、r—VC曲线确定VC。(课本图2-8）三、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(课本图2-9）。进入座环时，按照蜗壳的要求，水流均匀、轴对称入流的要求，Vr=常数。Da：座环外经圆周流速Vu的变化规律，有两种基本假定：(1)速度矩Vur=Const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=Const：即假定Vu=Const四、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

6、，为厂房设计提供依据。已知：及断面型式下进行(Db座环内径）。按Vu=Const假定计算(也可按Vur=Const)1、金属蜗壳水力计算(1）蜗壳进口断面：进口断面半径：从轴心线到蜗壳外缘半径：(2)中间任意断面()由此可以绘出蜗壳平面图单线图。其步骤为：(a)确定φ0和VC；(b)求Fc、ρmax、Rmax；(c)由φi确定Qi、Fi、ρi、Ri。第二节尾水管的作用、型式及其主要尺寸确定尾水管是反击式水轮机的重要过流部件。其型式、尺寸影响、厂房基础开挖、下部块体混凝土尺寸。尾水管尺寸越大，η越高，工程量及投资增大

7、。合理确定是非常重要的。一、尾水管的工作原理（作用）无（有）尾水管1、无尾水管时假定转轮出口高出下游尾水面H2(基准面0—0)。水轮机出口处的总能量损失：用相对压力表示为(p2=pa)：水流出转轮后，进入大气，自由落入下游水面，H2和出口动能未被利用。2、有尾水管时(设有一圆锥形尾水管)尾水管的出口在水面以下，尾水管的全部保持密闭)，由2—2到5—5断面间的能量方程：简化为：(p2)因此，设置尾水管以后，在转轮出口形成了压力降低，出现了真空现象，真空由两部分组成：(1)静力真空：(落差)H2也称为吸出高度，(2)动

8、力真空：有尾水管后转轮出口(2—2)能量损失：(换掉E2中P2）3、尾水管的作用有尾水管后水轮机多利用的能量（损失之差）作用：(1)、汇集转轮出口水流，排往下游。(2)、当H2>0时，利用这一高度水流所具有的位能。(3)、回收转轮出口水流的部分动能。二、尾水管的动能恢复系数尾水管H2取决于水轮机的安装高程，与尾水管的性能无关；衡量尾水管性能好坏的标志是恢复动