水轮机蜗壳曲面展开图的设计_苏宏敏

水轮机课程设计 蜗壳设计一、课程目标知识目标：1. 学生能理解水轮机蜗壳的基本结构及其在水力发电中的作用；2. 学生能够掌握蜗壳设计的基本原理，包括流速分布、水流角度和压力的计算；3. 学生能够了解并描述影响蜗壳效率的主要因素。

技能目标：1. 学生能够运用所学知识，进行蜗壳进出口直径、形状和长度的初步计算；2. 学生通过实际案例分析和模拟实验，培养解决蜗壳设计过程中遇到问题的能力；3. 学生能够运用CAD软件或其他绘图工具，绘制出符合技术要求的蜗壳结构图。

情感态度价值观目标：1. 学生通过课程学习，培养对水利工程学科的热爱和对水轮机蜗壳设计的兴趣；2. 学生在学习过程中，树立节能减排和可持续发展的观念，认识到蜗壳设计在环境保护和资源合理利用方面的重要性；3. 学生能够通过团队协作完成设计任务，培养沟通协调能力和集体荣誉感。

课程性质：本课程为应用实践性课程，结合理论知识和实际操作，提高学生的工程实践能力。

学生特点：学生为高中年级，具有一定的物理基础和数学计算能力，对工程设计和实践操作具有好奇心。

教学要求：注重理论与实践相结合，鼓励学生主动参与，培养其解决问题的能力和创新思维。

通过分解课程目标为具体学习成果，使学生在课程结束时能够达到预定的教学效果。

二、教学内容1. 引言：水轮机蜗壳的作用与结构简介，使学生了解蜗壳在水轮机中的重要性。

相关教材章节：第一章 水轮机概述2. 蜗壳设计原理：a. 流体力学基础，包括流速分布、水流角度和压力的计算；b. 蜗壳设计的基本参数及其相互关系；c. 影响蜗壳效率的因素。

相关教材章节：第二章 水轮机蜗壳设计原理3. 蜗壳设计计算：a. 蜗壳进出口直径、形状和长度的计算方法；b. 实际案例分析，以加深学生对蜗壳设计的理解；c. 模拟实验，锻炼学生解决实际问题的能力。

相关教材章节：第三章 蜗壳设计计算4. 蜗壳设计实践：a. 运用CAD软件或其他绘图工具进行蜗壳结构图的绘制；b. 团队协作完成蜗壳设计任务，培养学生的沟通协调能力；c. 针对设计方案进行评价和优化。

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。
2g
h 25 )
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
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。合理确定是非常 重要的。
(1) 金属蜗壳：φ0=340°~350°，常取 345°
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。
四、蜗壳的水力计算

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。

摘要 ： 国近年 来引进 的机 组 其蜗 壳焊接后 多数要 在 工地进行 蜗 壳的水压 试验 ， 我 水压试 验尽 管可 以消 除部分 残余应 力 ， 量值有 限 ， 压蜗 壳 但 又 ｌ 的设 计应 力不大 、 计技 术 比较 成熟 、 和制造 工艺稳定 ， 设 焊接 而且有有 效的检 测手段 和经验 ， 以我 国水 电站 的蜗 壳可 不要求做 工地 水压 试验 。 所
余先源 Ｙ ａ ｙａ ｕＸｉｎ ｕ ｎ
（ 贵州黔 水建 设工 程有 限公 司 ， 阳 ５ ０ ０ ） 贵 ５ ０ ５ Ｇ ｉ ｏ ｉ ｓｕ Ｃ ｎｔ ｃ ｏ ｎ ｉ ｅ ｎ ｏ， ｕｙｎ ５ ０ ５ Ｃ ｉａ ｕ ｈ ｕＱ ａ ｈ ｉ ｏ ｓ ｕｔ ｎＥ ｇ ｅ ｒ ｇＣ ． ｉ ｇ５ ０ ０ ， ｈｎ ） ｚ ｎ ｒ ｉ ｎ ｉ Ｇ ａ
Ｖａｕ ｎ ｉ ｅ ｒ ｇ ｌ ｅ Ｅ ｇｎ ｅ ｉ ｎ
・１９ ・ ８
水 轮 机蜗 壳 的 结构 设 计 问题 探 究
Ｅｘ ｌ ｒ ｔｏ ｆｔ ｅ Ｓ ｒ ｃ ｕ ｅ Ｄｅ ｉ ｎ ｏ ｄ ｏ ｕ ｂ ｎ ｐ ｒ ｌＣａ ｉ ｇ ｐ ｏ ａ ｉ ｎ ｏ ｈ ｔ ｕ ｔ ｒ ｓｇ ｆＨｙ ｒ ｔ ｒ ｉ ｅ Ｓ ｉ ａ ｓｎ
中 图分 类 号 ：Ｈ１ Ｔ ２
文献标识码 ： Ａ
文 章 编 号 ：０ ６ ４ １ （０ ０）６ ０ ８ — １ １ ０ — ３ ２ １ ３ — １９ ０ １
４１随着机组使 用水头和容量 的不断提高， ． 大型中、 高水头混流 １ 文章要探究的几个 问题 １１钢 蜗 壳 的 外 层 。 钢 蜗 壳 的外 层 包 有 钢 筋 混 凝 土 ， 者 之 间 式水轮机的蜗 壳钢板越来越厚。 ． 两 或填 以弹性垫层 ， 或预留间隙， 形成不同材料组合的联合承载结构 ， ４２由于蜗壳的残余应 力很高 ，现场又不可能有效地进行去应 ． 力处理。 这种接近屈服 强度 的残余应力 ， 再加上工作应力， 以使壳 可 如 何 才 能 保证 载 荷 分 配 比的 实 现 ， 且 可 靠 。 而 １２钢 蜗 壳 的支 撑 方式 。 钢 蜗 壳 是 大 型 薄璧 构 件 ， 经 历 挂 装 、 体 某 些 小 “ 纹 ” 在 区域 实际 上 处 于 全 面 屈服 。 － 要 裂 所 ４３蜗 壳 在 服役 期 内 会经 历 多 次 充 水 和 放 空过 程 ，从 受 力 角度 ． 焊 接 、 水压 试 验 ）（ （ 、 充压 ） 混凝 土 浇 筑 充 水 、 空 等 不 同工 作 状 态 ， 放 这 应 对 蜗 壳采 用什 么样 的支 撑 方 式 。 看 ， 有 多次 应 力 循 环 。 就 １３压 力 容 器 补 强 问题 。在 水 轮 机 运 行 时 ， 壳 是 一 个 形 如 蜗 ． 蜗 ４４模 型 试 验和 电站 运行 业 已证 实 ， 壳 内亦 存 在 压 力脉 动 ， ． 蜗 其 牛 、 侧开 口的 引 水 管道 ； 内 当水 轮 机 停 机 而 压 力 水 不 放 空 时 ， 壳又 量 值 一 般 不超 过运 行 水 头 的 ５ ７ 蜗 ％一 ％。 是一个开 口压 力容器。 蜗壳上的进人 门、 排水阀、 测量表计 等孔 口是 ４５由于蜗壳会有很 大的残余应力存在 ， ． 对大型蜗壳的选材 、 坡 口型式、 凑合节位置的选定 、 焊接材料和工 艺、 前预 热和焊后 的后 焊 否应按压 力容器规范补强。 １４防 水措 施 。 不 管 是 设 弹 性 垫层 、 是 充压 浇筑 混 凝 土 ， 运 热处理都 应特 别重视。 ． 还 在 行 中钢蜗 壳和 混凝土之间的间隙中都 不允许充有水 ， 采用什么措施 ５ 凑合节的位置 来保证。 凑合节 的焊缝最后焊 接 ， 此时焊接结构 刚度 大 ， 焊接残余应 力 １５焊 接 残 余 应 力 。 随 着 机 组 水 头 和 容 量 的 不 断 增 大 ， 壳 钢 也高。 ． 蜗 因此 ， 设计上应注意凑合节位置的选择。 国的设计 习惯 为减 我 总 同厚 度 蜗 壳 节 的 壳 板 的厚度 已经达到 ７ ｍｍ以上， ０ 如何考虑和解决焊接残余应力及其 少 钢 板 规 格 ， 是 数 节蜗 壳 采 用 同一 规 格 厚 度 ， 影响。 半 径 越 小 ， 工 作 应 力越 低 。 其 １６蜗壳有没有 必要做水压试验 。 ． ６ 水 压 试 验 ２ 设弹性垫层和充压浇筑混凝土 ６１蜗壳是一个开 口的特殊压力容器 ，其工作条件较一般 意义 ． ２１充压 浇筑法。充压后蜗壳 自由变形 ， ． 此时浇筑混凝土 ， 当水 的压力容器要好。 压撤去后蜗 壳与混凝土间能够 形成设计预期 的间隙。 就保证 了给定 ６２蜗壳设计上取水锤升压作为工作压 力，对高强度钢板 许用 ． ／ 实际蜗 壳又 与外 围混凝土联 合受力， ３ 工 的载荷分配比例。充水压力以下的内水压 力全部由钢蜗 壳承 担 ， 充 应力取材料屈服 强度 的 １ 。 水压力以上部 分的压力则 由钢蜗壳和外包混凝土联合承担 。 作 应 力 将 更低 。 ６３尽 管 蜗 壳焊 缝有 很 大 的残 余 应 力 ，但只 要设 计 上 对 蜗 壳 进 ． ２２垫层法。① 而蜗壳上半 圆敷 设弹性垫层时 ， ＿ 情况就要 不利 些垫层材料必须具 有弹性模 量低 、 吸水性差 、 老化 、 抗 抗腐 蚀 、 徐 行临界裂纹尺 寸和低周疲劳校核 ， 蜗壳 的安全性完全可以保证。 变小且稳定 、 造价低廉 、 施工方便等性 能。②水 电站 的寿命很 长， 如 ６４ 水压 试 验 尽 管 可 以消 除 部 分 残 余应 力 ， 量值 有 限。 ． 但 ６５蜗壳设计技术很成熟 ， ． 选材谨慎 ， 制造工 艺稳定。 国 内丰满水 电站 已有 ６ Ｏ多年历史 ，世界上还能找到年过百岁仍在 ６６我国有专业化 的水 电施工队伍 ，有安装和焊接蜗壳的丰富 ． 服役的水 电站 。③弹性垫层 一般都敷设在设计规定的范围内。

⽔轮机蜗壳进⼈门设计⽅案解析法研究20110414⽔轮机蜗壳进⼈门设计⽅案解析法研究王治国（哈尔滨⼤电机研究所，哈尔滨150040）摘要：本⽂通过选取⽬前设计和运⾏的⼀些机组，对⽔轮机蜗壳进⼈门设计⽅案解析法的研究，从中总结出影响进⼈门刚强度的主要因素，以确定对于混流式机组蜗壳进⼈门设计时应采⽤的合理结构形式。

关键词：蜗壳进⼈门；解析法；刚强度The Research of the design scheme for the manhole of spiral case appliedanalytic calculation methodWANG Zhi-guo( Harbin Institute of Large Electrical Machinery, Harbin 150040, China )Abstract: at this paper, the research of design scheme for the manhole of spiral case applied analytic calculation method is completed by choosing the current design and operation of some of the turbine units, which summarizes research into the the main affect factors to stiffness and strength of the manhole of spiral case, next the reasonable structure of the manhole of spiral case will be determined for Francis units.Key words::the manhole of spiral case, analytic calculation method ,stiffness and strength1 前⾔近年来，随着混流式⽔轮机组设计与制造的增多，随之也产⽣了⼀系列问题。

压力分布
尾水管内的压力分布会影响水流速度和能量回收效果，需要对尾水 管内的压力分布进行详细分析，以指导尾水管设计。
04
气蚀现象与防治措施
气蚀现象的产生原因与危害
产生原因
气蚀是由于水流在低压区域产生气泡 ，随后在高压区域破裂的现象。气泡 破裂时产生的冲击力和高温对材料表 面造成破坏。
危害
气蚀会导致材料表面的剥蚀、坑蚀、 疲劳破坏等，严重影响水轮机的性能 和寿命。
气蚀的影响因素与机理
影响因素
水流速度、压力变化、材料性质、气泡大小及数量等。
机理
当水流经过低ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ区域时，溶解在水中的气体析出形成气泡。气泡随水流进入高压 区域后迅速破裂，产生高能冲击和局部高温，对材料表面造成破坏。
气蚀的防治措施与方法
选用抗气蚀性能 良好的材料
采用具有高韧性、高强度和 良好耐蚀性的材料，如不锈 钢、钛合金等，以提高材料 的抗气蚀能力。
长度与转弯半径
蜗壳的长度和转弯半径应 设计得足够大，以减小水 流的速度和涡旋强度，降 低能量损失。
蜗壳的性能分析与优化
压力分布
通过对蜗壳内水流压力分布的分析，可以评估蜗壳设计的合理性， 以及发现可能存在的气蚀风险。
湍流强度
降低蜗壳内的湍流强度有助于提高水轮机的效率，可以通过优化蜗 壳的几何形状和尺寸来实现。
水轮机的故障诊断与预防
振动故障诊断
01
通过对水轮机振动信号的监测和分析，可以判断设备是否存在
故障，以及故障的位置和程度。
气蚀故障诊断
02
气蚀是水轮机的一种常见故障，通过对设备表面的检查和探测
，可以发现气蚀的存在，并及时采取修复措施。
预防性维护
03

水轮机蜗壳设计的合理方案。
2.1 控制方程
本文研究水轮机蜗壳在工作条件下的稳定性能，涉
及复杂的流体动力学问题。由于流体机械内流动特点及
流场特性的多样化，本文基于国内外流体动力学研究所
普遍采用的计算流体力学技术，以计算机技术为基本，对
水轮机蜗壳设计所需的动力学方程进行数值模拟与分
析。质量守恒方程为：
∂ρ ∂t
在国家经济发展与人们日常生活中，能源扮演着至 关重要的角色，占据着不可替代的位置。工业革命至今， 世界各国人口基数快速增长，科学技术与经济发展飞速 前进，人们的生活水平也不断提高。因此，社会发展对能 源的需求量呈现出指数增长的趋势。社会的快速发展及 科学技术的不断进步，离不开环境能源的持续性供应。 传统的化石能源被大力开采，造成化石能源资源紧缺，21 世纪以来，国家开始了对清洁可再生能源的开发，寻求可 替代化石能源的清洁能源，以缓解能源危机与环境问题。
的 开 发 火 热 进 行 ，能 够 满 足 当 地 企 业 和 居 民 的 用 电 需 求。小型水电站的水容量较小，随着季节的变化，水库水 位不断变化，稳定性不强。在水库水头、水流量和水轮机 转速固定的情况下，水轮机才会出现最优的工作环境，此 时，其运行效率达到最高。因此，水头的状态与转速对水 轮机最高效率有直接影响。传统的水轮机组转速与电网 频率同步且无法进行实时调节，而且无法长时间在最优 工况下工作；采用全功率变流器组件驱动的水轮机组，可 以实现转速调节，获得最高的工作效率，提高水能利用效 率。在应对电力系统负荷变化工况时，传统的水轮机组 对输入功率的调节能力较弱，难以实现快速反应和调节， 无法满足电网快速、精确地调节电力系统频率的要求。
水轮机组的稳定性能是水电站正常运行的关键因 素，特别是高水头水电站的水轮机组，其蜗壳强度及稳定 性能更是决定水泵稳定运行的根本 。 ［1-3］ 本文对市场 上 的 可 逆 水 轮 机 蜗 壳 进 行 设 计 研 究 时 发 现 ，其 设 计 方 法 与 实 际 工 况 对 水 泵 性 能 的 多 样 化 要 求 相比 ，存 在 或 多或少的问题。

（编辑 昊 天）
助绘图—将样条线、椭圆等转化为多义线（用于数控编辑）命 令，将其转化为数控下料机识别的文件，如图 4 所示。
!!!!!!!!!! 作者简介：李后彬（1983-），男，助理工程师，主要从事加工工艺编制
第五步：将转换好的文件载入数控下料机中，就可以
工作。
实现数控下料出蜗壳环节。
收稿日期：2009-09-02
削厚度较小的塑性材料时产生。前刀面磨损时，切屑在前
!!!!!!!!!!!!!!!! 基金项目：武汉市市属高校 2009 年度科研项目（武教高 2009K164）
损主要包括机械磨损和热、化学磨损。机械磨损是由于工 件材料中硬质点的刻划作用引起的，而热、化学磨损是由
!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!
Research on the Reason and the Treatment about the Damage of NC Turning Machines’Cutting Tools JIAO Hong-wei
（Department of Mechanical Engineering，Wuhan Vocational College of Software and Engineering, Wuhan 430205, China）
重点介绍了 SolidWorks 在水轮机金属蜗壳展开中的应用，为水轮机金属蜗壳的展开提供了另一种思路与方法。
关键词：SolidWorks；水轮机；蜗壳模型；蜗壳环节的展开
中图分类号：TP391.7
文献标识码：A
文章编号：1002－2333（2009）11－0114－02
The Application of SolidWorks on the Unfolding of the Metal Spiral Case for Turbine LI Hou-bin

第４６卷第１６期２０１５年８月人　民　长　江Ｙａｎｇｔｚｅ　ＲｉｖｅｒＶｏｌ．４６，Ｎｏ．１６Ａｕｇ．，２０１５收稿日期：２０１５－０７－０４基金项目：国家大坝安全工程技术研究中项目“蜗壳及尾水管三维布筋系统技术开发”（ＣＸ２０１３Ｚ０４）作者简介：刘会波，男，工程师，博士，主要从事水电站建筑物及岩土工程设计研究方面的工作。

Ｅ－ｍａｉｌ：ｈｂｌｉｕａａａ＠１６３．ｃｏｍ 文章编号：１００１－４１７９（２０１５）１６－００３４－０４蜗壳及尾水管复杂空间曲面三维布筋方法及应用刘会波１，２，杨新军１，３，李　军１，２，吕昌伙１，３（１．国家大坝安全工程技术研究中心，湖北武汉４３００１０；　２．长江信达软件技术（武汉）有限责任公司，湖北武汉４３００１０；　３．长江勘测规划设计研究有限责任公司，湖北武汉４３００１０）摘要：水电站蜗壳及尾水管由复杂空间曲面构成，体型结构十分复杂，二维配筋设计工作量大，效率低。

基于“三维配筋设计、二维出图”的设计思想，根据蜗壳及尾水管空间曲面特征及配筋特点，考虑到布筋形状与混凝土结构面具有相似性这一特点，对曲面渐变段提出基于截面法的横向布筋方法及基于离散重构法的纵向布筋方法。

工程实例表明，该方法可实现蜗壳及尾水管复杂空间曲面三维配筋设计，可有效提高设计效率和出图质量。

可为复杂体型结构三维布筋设计提供参考。

关　键　词：三维布筋；蜗壳；尾水管；空间曲面；计算机辅助设计中图法分类号：ＴＶ３１４ 文献标志码：ＡＤＯＩ：１０．１６２３２／ｊ．ｃｎｋｉ．１００１－４１７９．２０１５．１６．００９１　研究背景蜗壳和尾水管是水电站厂房结构的重要组成部分，由复杂的空间曲面构成。

为尽量减小水力损失及厂房尺寸，降低土建投资，通常在设计时使沿管线方向各断面呈现不规则的流线型变化，体型结构十分复杂。

采用传统方式进行结构配筋设计制图时，需要极强的空间想象能力，钢筋变化多，长度、间距、形状都不尽相同，分组复杂，控制位置关系表达困难，甚至准确计算出某一根钢筋长度都极为不易，导致绘图工作量大、工作效率低，且图纸质量受影响，给现场施工造成困难。

水轮机蜗壳的水力设计方法998№5太电机技术1引言～L{0水轮机蜗壳的水力设计方法TheHydraulicDesignMethodsoftheSpiralCaseofWater,Turbines装甲.g-.-r~筹长k(装甲学院)(清华大学)'弓IZ摘要探讨r水轮机蜗壳水力设计的一种新方法——嗖速度矩法,研究,它与给定断面面积法及变周向平均速度法之问的联系.该方法是水轮机蜗壳常规水力设计方法的推广.关健诃水轮机蜗壳变速度矩法水力设计AbstractAnewhydrauliedesignmethod,thevariablevelocitymomentummethod,isdiscuss edinthepaperforthespiralcasingofwaterturbines.Therelationshipamongthemethodandthesect ion areaspecificationmethodaswellasthevariableaveragecireumferentialvelocitymethodisd er|ved.Thismethodsaret}1egeneralizationsoftheconventionaIhydraulicdesignmethodsofwa~rt urbines.Keywordsw如rturbinespiralcasingvariablevelocitymomentummethod hydraulicdesign水轮机蜗壳水力设计的传统方法主要有两种.即等速度矩法(p=K)和等周向平均速度法(=C).州前者设计得到的蜗壳出流均匀轴对称.不足之处在蝌壳尾部过流面积过小.液流摩擦损失较l丈. 后者的特点与前者的刚好相反,蜗壳尾部断面较宽,水力损失减小了,但出流角沿周向不等于常数,导水机构进口环量沿周向分布不均匀.这样固定导叶的叶型就得不一样.此外,还可采用周向平均速度递减法米殴计蜗壳,这样可进一步降低其尾部流速,有利于肛力损失的减小.其缺点与等周向平均速度法相同.对丁二大型混流式水轮机,为了改善蜗壳的水力性能,根据对蜗壳损失的分析,人们又提出了给定速度变化规律的设计方法I_J,文献【1]中的方法在蜗壳水力损火相同的条件F,可提高流速系数.减小其平面尺寸;或在尺寸相同的条件F,可减小其水力损失,提高水轮机效率.本文将上述各种蜗壳设计方法统一表示为=办法(即变速度矩法).其中为蜗壳断面周向位置角.文中对该方法进行了系统研究,并在此基础上给出了面积控制法和变周向平均速度法的设计公式及与变速度矩法间的转换关系.此外.文中还给出了采用面积控制法优化设计出的水轮机蜗壳.2水轮机蜗壳的水力设计方法本文蜗壳水力设计的前提条件为,(1)蜗壳为圆形断面的完全蜗壳,其包角‰和参数及ha(图la)已知:(2)蜗壳与座环的连接采用无蝶形边的箱形结构:(3)假设蜗壳内的流动为平面定常流动:(4)蜗壳出流量周向均匀.本文讨论蜗壳的二种水力设计方法:变速度矩法,给定断面面积规律法和变周向平均速度法.三种方法中进口断面的计算是相同的.设蜗壳进口断面面积,流量和流速分别为,口0 和,则f.●●,)水轮机蜗壳的水力设计方法l998H口5其中==:(I)的尺寸和所产生的环量?假定己知(或给定,或为设计变量),故进口断面面积已知.如图lb所示,蜗壳断面面积F的计算公式为Fff-Sit).-1+㈩式中——水轮机设计水头:.,——水轮机设计流量:伽.',伽——分别为特殊固定导叶进口及出口(鼻端)至进口断面的圆周角,:——蜗壳进口断面流速系数.是蜗壳水力设计的重要参数.其值决定了蜗壳由式(1),(2)可知.对蜗壳进口断面有加n√㈩,气360√月,用数值方法求式(3)的根,即得蜗壳进口断面半径图l蜗壳意图a.平面图b.断面圈()c.断面田()2.1变速度矩法设沿蜗壳断面速度矩v,r=),其中凰为妒的已知函数.(1)断面几何计算设流过断面p的流量为9,则有Q:f6dr=麒),(4)式中』:fdr=2f_二二兰)二d,(5)r..dr义Q=(6)由式(4)和式(6)得√一(,一n):丝J一r36oK(~)式中岛如图lb和lc所示,积分上式得:2a~sm一一巩360妒)p.而(tr+2sift'口一P一,—..........'——————一●prd(.p)(7)a~eosV.(一由图1b知口>p>hd这时,式(7)可写成(8)(9)a#+2sin-a-r#一a-+2sin-]一=10P,()jbuK'J式中,口=+而.用数值方法求式(10)的998№5大电机技术39根.即得断面的半径p.对于任意的妫,可能出现p≤ha的情况.若仍要求式(8)成立-则蜗壳与座环就连接不上.称p=的断面为临界断面,其面积为=(1】)所对应的蜗壳断面角为临界包角弼.令p:hd.由式(5j和式(10)求出.当p'%时可以有不同的处理方法.例如以断面面积不变为原则,用竖长的椭圆断面来代替圆形断面; 或将面积放大成半径为h的半圆形与座环连接.为方便制造,且满足给定的设计条件.本文仍采用圆形断面,只是此时断面圆心在蜗壳出口圆内侧(即口0),此时式(7)可写成2asin～√d一pp.'l~r+2sin-Lra:㈡'j0u^'J式中口:一√P一由式(12)可求出相应的P.蜗壳断面几何参数间的关系如下:当毋却时,口:+√JD一.p,p满足式(10):当:纯时,口=一√一.R叶.口,p满足式(12).(2)蝇壳出流参数计葬由蜗壳设计的前提条件不难求出蜗壳的出流参数.径向流速=%¨3)式中,为导叶高度.周向流速:妒),ra(14)出流角声.s圈2为蜗壳出口参数变化.图2蜗壳出流参数周向变化2.2给定断面面积法P.设沿蜗壳断面r=功.显然,由一ic(神可(2)蜗壳出流参数计算推出蜗壳断面面积规律F=曲.从优化的角度看,计算公式仍为式(3),(4),(5).此时根据给定的断面面积设计蜗壳更可取.式(4)中的不是给定的,而是按式(17)计(1)断面参数计算算的.对于任意的,可能出现phd的情况.这里仍采用第2.1节中的处理方法.只是此时毋是由从中插值求出的对于%的断面,面积F的计算公式为F=psin'一h,~/ph(16)P用数值方法求式(16)的根即得蜗壳断面的半径由式(4)可知)=Qt』(t7)式中.流量Q由式(6)计算,而,{苴在蜗壳断面几何计算完成后可由式(5)积分求出.妒)为的给定函数,当不便给定时,可用优化方法确定.例如,给定为包含若干待定系数的函数,以这些系数为寻优变量,以蜗壳的水力损失为目标函数,在一定的设计约束下,通过优化方法求出水承轮机蜗壳的水力设计方法998Na5力损失最小时对应的最优系数.这样即可得到新需要的.同时也完成了蜗壳的水力设计.2.3变周向平均速度法该方法中蜗壳断面上的平均周向速度()己知,而流过该断面的流量Q=/360,因而断面面积F可由式求出:::氅卫望fl8)36ov~360这样,变周向平均速度法已转化为给定断面面积法,因此,其计算完全同第2.2节.2.4三种方法间的联系上述二种水力设计方法间相互联系,因而可以互相转换.由前述内容不难看出有FN变换成立变换T:妒)+_,÷纠÷妒)故r=法塑=,法L÷=(四法3算倒文献【3]中的蜗壳按=c规律设计.其进口流速系数0.843本文采,=规律进行蜗壳设计.按文献【4】中的水力损失模型计算,在蜗壳水力损火相同的条件r.用本文方法可将蜗壳进口流速系数提高至ll2.这样虫呙壳的平面尺寸得以减小,具有较人的经济效益(图3,图4).4结论本文蜗壳水力设计的二种方法是水轮机蜗壳常规设计方法的推厂例如:圈3蜗壳断面面积—?r=c——=【o70,一三一o1'O5_09'073O105o9fm)圈4蜗壳平面图—一=C——VZ-=)垃,:CF=F()—=C=()—:C参考文献1高建钻,田树棠.低比速混流式水轮机蜗壳水力性能的试验研究.第十一次学术讨论会论文集中国水力发电工程学会水轮机专业委员会等.19932彭钧鉴大型混流式水轮机通流部件水力性能研究.第十一次学术讨论会论文集.中国水力发电工程学会水轮机专业委员会等,19933钱涵欣等.水轮机蜗壳流动特性及损失的测试研究.清华大学水力机械论文集(1978～1987).清华大学水利系.19894郭齐胜等.水轮机引水部件的水力损失模型.水利.1996,(10)5郭齐胜.水轮机引水部件的水力优化.清华大学博士学位论文.1995,(5)收稿日期:】997O{.24修改福日期:1997IoIo郭齐胜(GuoQishcng)生于I962年8月.1995年毕业干请华大学流体机械专业.博士.副教授现从事计算机仿真技术的研究工作.联系地址:北京装甲兵工程学院仿真室邮政编码:100072。

丰满水电站全面治理（重建）工程机电设备安装工程蜗壳施工方案中国水利水电第六工程局有限公司丰满水电站机电安装工程项目部二〇一五年十二月十四日批准：校核:编制：目录1 概述12 编制依据13 蜗壳安装工艺流程14 施工准备25 蜗壳施工工艺35.1 蜗壳拼装35。

2 蜗壳挂装36 蜗壳焊接工艺56.1 一般工艺要求56.2 蜗壳拼装焊缝焊接66。

3 蜗壳挂装焊缝焊接67 质量保证措施及控制要点87.1 质量保证措施87。

2 质量控制要点88 施工资源投入108。

1 人力资源配置108.2 施工设备配置109 施工安全保证措施11蜗壳施工方案1概述丰满水电站全面治理（重建）工程蜗壳部分共26节，其中24节为“C"型壳板,进口第1、2节为“〇”型壳板，每节分两个瓦片到货，蜗壳需在工地现场拼装成整节后进行挂装。

蜗壳拼装成整节后的最大直径为8800mm，蜗壳总重量约399。

5吨.蜗壳材质为低合金热轧钢板Q345R，板厚为36～50mm，蜗壳各节的对接缝为“X”型坡口。

2编制依据（1）中水东北勘测设计研究有限责任公司图纸：蜗壳单线图（1/1）（2）哈尔滨电机厂有限责任公司图纸：蜗壳单线图L1a002931蜗壳装配图Z1a005709蜗壳装配单级明细表Z1a005709M上部基础Z1a005707上部基础单级明细表Z1a005707M （3）丰满水电站全面治理（重建)工程机电设备安装工程招标文件第三册技术规范（通用)（4）丰满水电站全面治理（重建)工程机电设备安装工程招标文件第四册技术规范（专用)（5）丰满水电站全面治理（重建）工程机电设备安装工程施工组织设计（6）《水轮发电机组安装技术规范》GB/T8564-20033蜗壳安装工艺流程蜗壳安装工艺流程图见图1—1↓→↓↓1↓↓↓←↓←↓↓↓↓↓4施工准备（1）施工前,对施工人员进行技术交底、安全生产措施交底、文明施工教育，组织施工人员认真学习、熟悉厂家图纸、设备安装说明书、国家标准、安全文明施工等。

通过研究叶片上的压力分布情况（课本图224），得到叶片上压力最低点（一般为叶片背 面靠近转轮叶片出口处)K点的压力为：（相对

Qmax 360
0
Qmax——水轮机的单机最大引用流量。
Vc↑→Fc↓→hw↑； Vc↓→Fc↑→hw↓；
一般由Hr—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）。
3、出口扩散段
矩形扩散管，出口宽度B5=肘管出口宽度 B6
顶板 α=10°~13°，L2 = L-L1=(2～ 3)D1 底板水平，B5很大时，加隔墩。
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肘管高度确定，不易变动。h取决于h3。 h3大→hw小→ηw大→开挖加大，工程投资大；
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，为厂房设计提供 依据。已知：
H r,Q m,a b 0 x ,D a,D b,0,V c
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

(2)
动力真空：
Hd
2v22 5v52
2g
h25
有尾水管后转轮出口(2—2)能量损失：(换掉E2
中P2）
E2 H2(2v2 22g5v5 2h25)H222g v2 2
5v2 5/2gh25
3、尾水管的作用