水轮机结构(蜗壳及尾水管).ppt

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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。H≦40m,钢筋混凝土浇筑，“T”形断面。当H>40m时，可用钢板衬砌防渗(H最大达80m)2.金属蜗壳当H>40m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=40~200m，钢板拼装焊接。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。二、蜗壳的主要参数1.断面型式与断面参数金属蜗壳

2、：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)m>n：下伸式(3)m

3、→Fc↑→hw↓；一般由Hr~VC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=C3.蜗壳的水力计算按(Vu=VC=C)（1）金属蜗壳水力计算(

4、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φ0和VC；(ii)求Fc、ρmax、Rmax；(iii)由φi确定Fi、ρi、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=f(Φ)直线。(6)根据φi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

5、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，θ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)，θ=7°~9°轴流式：与转轮室里衬相连接，D3=0.937D1，θ=8°~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

6、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=(0.6~1.0)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=(0.1~0.15)B5顶板α=10°~13°，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+h4h1，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

7、→F出大→V出小→ηw大→hf大→厂房尺寸加大，一般L=(3.5～4.5)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6°~12°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