蜗壳断面设计

蜗壳设计和优化对于大多数径流式叶轮机械来说，蜗壳都是不可或缺的。

蜗壳一般需要定义多个横截面，这些横截面都是2D曲线并沿着圆周方向进行扫略。

一般而言，在泵和涡轮增压器中都包含蜗壳和叶轮。

对于泵和压气机而言，蜗壳的作用是，通过降低介质的速度，将其动能转化为压力势能，从而使其压力增加。

然而涡轮的蜗壳却有着相反的功能，即将废气的压力势能转化为动能（来驱动叶轮）。

CAESES是利用CFD进行自动化形状优化的先进的蜗壳设计优化工具。

其先进的参数化蜗壳模型，具有较高的稳定性，并通过高度自动化的流程能够节省您大量的工作时间。

在CAESES里创建的参数化蜗壳模型设计蜗壳的挑战系统的蜗壳流动优化是一项耗时的工作，通常这是一个反复迭代过程。

CFD 工程师会对一个之前由CAD部门设计创建的模型进行分析，得到分析结果后CFD工程师向CAD同事介绍如何改变形状，CAD工程师调整模型，并将其返回给CFD工程师。

这个循环可能需要花费几天甚至几周的时间，直到一个新的（性能改进的）蜗壳被开发出来。

考虑到（加入）其他部件（如叶轮和扩压器）能有更好的性能预测，那么情况将变得更加复杂。

理论上，CAESES能有效地将这项工作的耗时从几个月缩短到几天。

蜗舌模型这是主涡壳表面分别与入口（涡轮）或出口（压缩机）几何相交的区域。

CAESES提供各种技术和解决方案，为您解决这个棘手的工作。

这极大地加速了蜗舌几何的建模过程，并使得最终的蜗壳在自动化变形和优化期间绝对稳健。

稳健的蜗舌模型应用于自动化变形和优化过程横截面的定义CAESES中可以自定义横截面2D型线的形式，或导入现有数据以将其转换为参数化截面。

蜗壳通常由典型的分布规律控制，例如A/R比率，这些都可以在CAESES中进行设定。

CFD专家通常想要尝试自己的一些想法，并考虑更多与流动过程相符的形状控制。

这些想法和任意几何约束都可以在CAESES高度集成的蜗壳模型中直接考虑进去。

用户自定义2D横截面任意蜗壳模型的解决方案无论您使用的是何种设备或者您的蜗壳模型有多么复杂，对于全自动化模型优化，CAESES都是一个理想的选择，它可以节省您大量的时间和人力资源。

17．1 进气蜗壳类型按通道数目划分，向心涡轮进气蜗壳可分为单通道和多通道两种。

图17-3 双通道串列进气蜗壳在图17-5中示出向心涡轮进气蜗壳常见的截面形状。

为今后叙述方便，每一种都取一个象形的名称。

图17-5 进气蜗壳常见截面形状17．2 蜗壳流动流动假定：不可压缩流体，稳定，等熵，等环量流动。

蜗壳进口处气流马赫数很低，可合理地假定为不可压缩流体。

在蜗壳出口处气流马赫数己很高，特别是无叶喷嘴环向心涡轮蜗壳出口，不可压缩流体必然导致较大误差。

内燃机出口气流是脉动的，稳定流动假定并不合理。

因非稳定流动的求解非常复杂，此假定是不得己而为之。

等熵流动假定意昧着计算中不考虑损失系数修正。

由于蜗壳中流体遵守动量距守恒规律，故等环量流动是比较符合实际的合理假定。

图17-1 单通道进气蜗壳图17-2双通道并列进气蜗壳图17-2图17-4 双通道串列进气蜗壳周向布置图17-6 进气蜗壳流动示意图进口流动：图17-6为进气蜗壳流动示意图。

在蜗壳进口处（O-O 截面）有，⎰=RCREi Ui dR b C G ρ0 (1)式中，0G 蜗壳进气流量。

ρ流体密度，不可压缩，故为常数。

i U C ,微流管周向分速。

i b 微流管宽度。

按气流流动是等环量分布的假定，Γ=i i U R C ,，可将上式改写成，⎰Γ=RCRE iidR R b G ρ0 ……………………………………….(2) 令 ⎰=RCREi dR b A 0，即蜗壳进口截面面积。

若设=0R A 0S dR R b RCRE ii=⎰，则 00S G Γ=ρ=0R A Γρ ……………………………………….(3) 式中，0R 是进口截面当量平均半径，由下式计算，⎰=RCRHiidR R b A R 00 ………………………………………. (4) 出口流动：蜗壳出口截面是宽度为b ，半径为h R 的圆柱面。

假定蜗壳出口气流沿周向均匀分布，即沿整个蜗壳出口截面的气流速度C 和气流角度α均为常数。

水轮机全蜗壳圆形断面的水力优化设计方法【摘要】近年来，我国水利水电工程得到了长足的发展，其在满足我国电力能源供需要求的同时为我国可持续发展战略的落实打下坚实的基础。

经过多年的工作实践总结得出，水利水电工程建设在减少煤炭资源能耗、加强水资源利用率、完善环境保护措施方面发挥了重要作用，为我国环保工作的开展提供了坚定的平台。

蜗壳作为水轮机最为重要的部件之一，做好其优化设计工作极为关键。

本文针对目前是轮机蜗壳常规水利设计方法中存在的问题进行分析，提出了有关优化设计方法，旨在提高水轮机蜗壳水利性能，增加水电站工作效率。

【关键词】水轮机；蜗壳；水力损失；优化设计自新中国成立至今，我国环境问题愈演愈烈，极大的威胁着人类身体健康、制约着社会经济发展。

在这种时代背景下，节能、环保以及可持续发展观念不断提出且得到了极大的落实，成为社会经济发展的主导方向，这也为水利水电事业提供了广阔的发展空间，是水利水电事业发展的基础前提。

水轮机作为水利水电工程中的重要组成部分，在现代化建设中发挥着重要作用和意义。

蜗壳作为水轮机中的重要组成，做好其优化设计方法受到业内工作人士的重视。

1.水轮机蜗壳概述就我国水利水电工程而言，由于工程建设时间长短不一、投入的设备和技术也存在着一定的差异，这就造成了一部分水利水电工程的水轮机设施存在着极为严重的问题。

随着社会经济的飞速发展和水轮机制造技术的不断进步，传统的水轮机已经无法满足现代化社会发展的需求，这就要求我们在工作中对水轮机进行改造和优化。

蜗壳作为水轮机重要组成部分，其问题尤为明显，因此，我们有必要对蜗壳中存在问题进行归纳和总结。

1.1水轮机蜗壳概念蜗壳是水轮机中极为重要的基础设施，是过流系统中不可缺少的一部分，它的主要作用在于尽量让水流在进入导叶之前均匀分配，并且具有一定的环量，使得水流对称和向心流之间的方向产生一定的变化。

所谓的蜗壳主要是水轮机中的一种那个蜗壳式的引水式，它主要是因为外观上看起来极像蜗牛壳，为此被广泛的称之为蜗壳。

蜗壳及尾水管设计（1）蜗壳水力计算从蜗壳鼻端至蜗壳进口断面0-0之间的夹角称为蜗壳的包角，常用φ0表示，蜗壳的鼻端即位于蜗壳末端连接在一起的那一个特殊固定导叶的出水边，一般采用φ0=345°蜗壳进口断面平均流速V c是决定蜗壳尺寸的主要参数。

V c值根据水轮机设计水头Hr从图中查得V c=4.5 m/s1主要参数H r=31.0 m Q max=13.17 m3/s D a=2.42m 包角φ0=345 D a/2=2.42/2=1.21 m2 蜗壳计算表水轮机蜗壳单线图（2）尾水管设计根据以往经验,弯肘形尾说管不但可以减少开挖深度,而且具有良好的水力性能尾水管尺寸表弯肘型尾水管有进口直锥段.中间肘管段和出口扩散段和出口扩散段三部分组成.A 进口直锥段混流式水轮机单边扩散角009~7=θ,这里取 80.B 中间弯肘段是一段900转弯的变截面弯管,进口断面为圆形,出口断面为矩形.C 出口扩散段是一段水平放置,两侧平行,顶板上翘的矩形扩散管.起顶板仰角一般取0013~10=α,这里取13.应用第三种比例情况进行尺寸计算:h=2..6×1.4=3.64 m L=4.5×1.4=6.30 m B 5=2.72*1.4=3.808m D 4=1.35×1.4=1.89 m h 4=1.35×1.4=1.89 mh 6=0.675×1.4=0.945mL 1=0.94×1.4=2.548 m h 5=1.22×1.4=1.708m尾水管高度指水轮机底环平面至尾水管底版的高度.h=2.6*D 1=2.6*1.4=3.64m 满足最低要求,宽度B= 3.808m,同样满足要求. 尾水管长度指机组中心线至尾水管出口断面的距离. L=(3.5~4.5)D 1 这里取4 则L=4*1.4=5.6m。

一种用于绘制离心泵梯形蜗壳截面的新方法
引言：
离心泵是一种常见的流体机械，其工作原理是通过离心力将液体从中
心吸入，然后将其推向周围。

离心泵的核心部件是蜗壳，它的截面形
状对泵的性能有着重要的影响。

本文介绍了一种新的方法，用于绘制
离心泵梯形蜗壳截面。

正文：
传统的绘制方法是通过手工绘制或使用计算机辅助设计软件来完成。

然而，这些方法存在一些问题，例如手工绘制需要大量的时间和精力，而计算机辅助设计软件则需要高昂的费用和专业的技能。

因此，我们
提出了一种新的方法，它可以快速、准确地绘制离心泵梯形蜗壳截面。

该方法基于三维打印技术，使用一种特殊的材料来打印出蜗壳的模型。

这种材料可以在打印过程中自动形成梯形截面，从而省去了手工绘制
的步骤。

此外，该方法还可以通过调整打印参数来实现不同形状的蜗
壳截面，从而满足不同的需求。

该方法的优点不仅在于快速、准确，还在于成本低廉。

相比于传统的
绘制方法，使用三维打印技术可以大大降低成本，同时还可以提高生
产效率。

此外，该方法还可以实现批量生产，从而满足大规模生产的
需求。

结论：
综上所述，我们提出了一种新的方法，用于绘制离心泵梯形蜗壳截面。

该方法基于三维打印技术，可以快速、准确地绘制出蜗壳模型，同时
还可以实现不同形状的蜗壳截面。

该方法的优点在于成本低廉、生产
效率高，可以满足大规模生产的需求。

我们相信，这种新的方法将会
在离心泵的设计和生产中得到广泛应用。

精心整理蜗壳PROE画法1.打开PROE.exe，新建一零件特征，如下图所示2.点击创建基准轴图标，点选空间坐标系的Z轴，创建以Z轴作为参照的基准轴，如下图所示3.点击4.5.6.点击扫描混合图标，创建曲面图标，点击上图所绘制的引导线，如下图所示点击中的截面菜单，出现如下图所示的对话框点击上图的草绘，进入二维的草绘状态，画出第二断面形状，所绘制的断面形状如下图所示（应注意在绘制后面的断面形状时，应保证绘图的起始点与绘图的方向相一致，以免扫描混合时出现扭曲的状态）第二断面绘制完成后，点击确定图标，选择下图中的插入图标按照上述的方法，依次绘制出剩余的几个断面，最后得到的形状如下图所示7.创建第九断面所在平面，如下图所示利用草绘工具，进入刚创建的平面，草绘出如下图形其中垂直线所对应部分为上图红线所示部分，创建完成后，点击确定图标，绘制完成后图形如下所示，8.点击草绘工具，选择9.草绘完第九、第十和出口断面以及2段引导线后，利用边界混合工具，绘制出如下的图形，即为第九断面到蜗壳出口的形状10.草绘第一断面，如下图所示11.草绘第二断面，如下图所示12.草绘处第一断面到第二断面的三段引导线，分别如下图所示引导线1引导线2 引导线3 13.利用边界混合工具，以上述所绘制的第一、第二断面为边界曲面，三段引导线做为控制线做一边界混合操作，绘制的第一断面到第二断面的过渡形状如下图所示 14. 草绘出第九断面的过渡形状，此过渡形状为第九断面的一部分，如下图所示 15. 草绘出第八断面的过渡形状，注意第八断面为一不闭合的曲线段，如下图所示 16.，17.18.19.利用点工具，找到曲线20.利用点工具，找到第一端面线的某个端点，如下图所示21.以，以上述的22.选中上图中绘制的样条曲线，利用拉伸工具，从中心向两侧拉升，做一拉伸曲面，深度要超过涡室进口宽度b 3,拉伸出的图形如下图所示，此步骤是方面后面的补面之用。

23.利用草绘工具，以第九断面所在平面为草绘平面，做如下的图形（注意选中相应的线作为参照） 24.通过镜像工具，选中第18步骤中的曲面特征，以FRONT 平面为参考做镜像特征，如下图所示25.通过曲面修剪命令，做出如下图的图形修剪后的形状图下图所示26.重复第25步操作，做出如下图的图形修剪后的形状图下图所示27.利用草绘工具，草绘出如下图的图形，为第一断面到第九断面的边界混合控制线28.29.30., 31.b332.33.34.至此，。

第五章反击式水轮机的基本结构第三节：反击式水轮机的引水室一、简介一般混流式水轮机的引水室和压力水管联接部分还装有阀门，小型水轮机为闸阀或球阀，大型多为碟阀。

阀的作用式在停机时止水，机组检修时或机组紧急事故时导叶又不能关闭时使用，绝不能用来调节流量水轮机引水室的作用：1.保证导水机构周围的进水量均匀，水流呈轴对称，使转轮四周受水流的作用力均匀，以便提高运行的稳定性。

2.水流进入导水机构签应具有一定的旋转（环量），以保证在水轮机的主要工况下导叶处在不大的冲角下被绕流。

二、引水室引水室的应用范围1.开敞式引水室2.罐式引水室3.蜗壳式引水室混凝土蜗壳一般用于水头在40M以下的机组。

由于混凝土结构不能承受过大水压力，故在40M以上采用金属蜗壳或金属钢板与混凝土联合作用的蜗壳蜗壳自鼻端至入口断面所包围的角度称为蜗壳的包角蜗壳包角图金属蜗壳的包角340度到350度三、金属蜗壳和混凝土蜗壳的形状及参数1.蜗壳的型式水轮机蜗壳可分为金属蜗壳和混凝土蜗壳当水头小于40M时采用钢筋混凝土浇制的蜗壳，简称混凝土蜗壳；一般用于大、中型低水头水电站。

当水头大于40M时，由于混凝土不能承受过大的内水压力，常采用钢板焊接或铸钢蜗壳，统称为金属蜗壳。

蜗壳应力分布图椭圆断面应力分析图金属蜗壳按制造方法有焊接铸焊和铸造三种。

，尺寸较大的中、低水头混流一般采用钢板焊接，其中铸造和铸焊适用于尺寸不大的高水头混流水轮机2.蜗壳的断面形状金属蜗壳的断面常作成圆形，以改善其受力条件，当蜗壳尾部用圆断面不能和座环蝶形边相接时，采用椭圆断面。

金属蜗壳与有蝶形边座环的连接图金属蜗壳的断面形状图混凝土蜗壳的断面常做成梯形，以便于施工和减小其径向尺寸、降低厂房的土建投资混凝土蜗壳断面形状图当蜗壳的进口断面的形状确定后，其中间断面形状可由各断面的顶角点的变化规律来决定，有直线变化和向内弯曲的抛物线变化规律混凝土蜗壳的断面变化规律3.蜗壳的包角对于金属蜗壳，其过流量较小，允许的流速较大因此其外形尺寸对厂房造价影响较小，为获得良好的水力性能及考虑到其结构和加工工艺条件的限制，一般对于混凝土蜗壳其过流量较大，允许的流量较小，因此其外形尺寸常成为厂房大小的控制尺寸，直接影响厂房的土建投资，一般4.蜗壳的进口流速当蜗壳断面形状及包角确定后，蜗壳进口断面平均流速是决定蜗壳尺寸的主要参数。