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高水头混流式水轮机的运行特点与结构分析前言所谓高水头混流式水轮机，是指混流式水轮机采用的额定水头在250m 以上的。
与国外相比，国内高水头混流式水轮机的应用比较晚，再加上受到设计与制造技术的限制，导致其应用受到一定的影响。
不过随着科学技术的发展，此种混流式水轮机的应用逐步加深，现今，国内已经建成多个，而且已经投入到运行当中。
1 高水头混流式水轮机的结构1.1 转轮带有副叶片在高水头混流式水轮机中，转轮叶片的长度非常长，进口半径与出口半径之间的差异性比较大，在进行转轮设计时，如果采用常规的设计方法，那么叶片的进口处半径就会非常大，比出口半径宽出很多。
幅流成分是转轮水轮中比较重要的一个部分，在两个叶片之间，水流受到哥氏力作用的影响，会呈现出分布不均匀的状态，这样一来，在运行的过程中，就会出现某些部位零水流流速的问题，这对水轮机运转效率的影响是比较大的，严重时会对机组的正常运行产生破坏。
基于此，为了避免问题的产生，在将进口宽度变小时，出口的宽度要保证不发生变化，同时，在两个叶片之间还需要增加一个叶片，叶片要与进口的距离比较近，而且长度要短[1].副叶片的增加有效地提升水力效率，避免了不必要损失的产生，提升了水轮机的运行效率，保证其稳定运行。
1.2 导叶的偏心结构高水头混流式水轮机的导叶高度并不高，因此，立面的漏水量是比较少的，不过，其水压要比普通的混流式水轮机高很多，很容易发生顶盖变形，进而导致导叶端面的间隙不断的加大，产生比较严重的漏水现象，为了避免这个问题，就需要对导叶的结构进行调整。
现今，水轮机导叶采用的是偏心结构，端面比较大，而且带翼，同时，在导叶的轴颈处，安装有密封圈，有效的将损坏降低[2].在偏心结构的导叶中，增设了翼板，安装的位置为正压面的上端及下端，而且轴颈的直径也进行了增加处理，这样一来，有效地避免了过多的漏水，使水轮机保持在高校的运转中。
1.3 不锈钢层焊接在导叶中，两个端面之间的间隙是比较小的，比如顶盖和抗磨板，二者在进行连接时，通过螺钉来实现，在高水头运行的过程中，抗磨板受到其作用的影响，在局部的某个位置上会发生变形，这样一来，保持端面的小间隙就变得非常困难。
水电站混凝土蜗壳设计探析摘要：水电站为了提高运行稳定性、增加经济效益，经常会对混凝土蜗壳展开有效设计。
本文将从某水电站的工程概况出发，对其混凝土蜗壳的设计进行分析与探究，希望为相关人员提供一些帮助和建议，更好地设计水电站的蜗壳。
关键词：蜗壳设计；混凝土蜗壳；水电站引言在水轮机中，蜗壳是十分重要的一个过流部件，设计的蜗壳质量高低会对水电机组整体工作效率产生直接影响，并且关系到水电站布置的科学性与合理性，这要求水电站应结合自身实际情况，寻找设计混凝土蜗壳的依据，展开有效的蜗壳设计。
因此，研究设计混凝土蜗壳的策略具有一定现实意义。
一、工程概况某水电站安装了300MW水轮发电混流式机组，共计六台，安装的水轮机高程是128米，水头设计为113米，额定转速为每分钟106r，额定流量是每秒295立方米，额定出力为305MW，直径为6米。
其蜗壳的进口直径是7.3米，甩负荷压力的最大值是1.91兆帕，静水压力最大值为1.39兆帕。
水电站中的一些机组设备通过世界银行进行贷款，借助国际招标工作，最终由相关企业承包并建造。
在该水电站中，水轮发电的机组主要通过下机架进行支承，并将软垫层敷设于钢蜗壳的外部。
所有内水的压力都能被钢蜗壳承担，内水压力的设计值是1.92兆帕，蜗壳混凝土结构仅能够承受楼板、水轮发电机等上部结构产生的重力荷载。
二、水电站机组的荷载按照水电站布置的整体规定，连接机组和引水压力钢管的形式为一管一机。
蜗壳的进口内径是7.1米，压力钢管的直径是7.7米，把连接段设置到钢蜗壳和钢管间。
蜗壳钢板的厚度为20毫米至40毫米，厂房轴线和机组中心线存在11.5度的夹角。
此钢蜗壳具有较为复杂的混凝土结构受力情况与尺寸体型，在设计结构过程中，对围岩的压力、内外水的压力、发电机组的荷载、结构的自重、风罩传递的荷载等基本荷载类型均有涉及，水轮机的总重量是10500千牛，发电机的总重量是18600千牛。
三、设计混凝土蜗壳的混凝土结构在设计时，钢蜗壳断面使用了全埋型圆断面，安装的机组高程为128米，段长是26米，低于124米高程的部分宽23米，高出的部分宽25米。
概述座环、蜗壳是混流式水轮机埋人部分的两大部件,它们既是机组的基础件,又是机组通流部件的组成部分,它们承受着随机组运行工况改变而变化的水压分布载荷以及从顶盖传导过来的作用力。
座环一般为上、下环板和固定导叶等组成的焊接结构。
蜗壳采用钢板焊接,其包角一般介于345一360范围以内。
蜗壳通过与座环上、下环板的外缘上碟形边或过渡板焊接成一整体,其焊缝需要严格探伤检查,必要时还需要进行水压试验。
近年来,随着水轮发电机组单机容量的不断提高,给机组的设计和制造带来一系列技术和工艺方面的问题,仅就水轮机的座环蜗壳来说,若按传…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。
座环、蜗壳以及机坑里衬安装6.1座环、蜗壳基础板的安装6.1.1用挂钢琴线的方法按要求将尾水肘管安装用的机组基准线X、Y标点设置到相应的高程供座环、蜗壳安装时使用；按要求正确设置座环、蜗壳安装用的高程点。
6.1.2根据工地的实际情况，在座环、蜗壳支墩钢筋网编制过程中按座环蜗壳地基图安装相应的垫板；在锥管混凝土浇筑的过程中埋设攀环，攀环埋设时应尽量将其与周围的钢筋焊在一起。
垫板、攀环埋设方位和高程应符合要求，结果记录于QCR201-1、QCR201-2。
6.1.3座环、蜗壳基础板安装合格后，根据设计院提供的图纸浇筑座环、蜗壳支墩混凝土。
6.2座环的组装座环的组装工作应根据工地的实际情况在安装间或机坑内进行，本说明书按在机坑内进行座环的组装工作来进行说明。
6.2.1座环组装前的准备工作6.2.1.1按蜗壳座环地基图复查座环支墩上的垫板并清理干净，必要时应对垫板进行打磨处理。
6.2.1.2将千斤顶座、顶丝清理干净并按要求研配合格，然后按图组装成整体；将斜楔块清理干净并按要求研配合格；将地脚螺栓、螺母清理干净并进行试装配。
6.2.1.3根据蜗壳座环地基图将千斤顶、斜楔块布置于座环混凝土支墩垫板上。
调整千斤顶顶丝的顶面高程基本一致，同时千斤顶顶丝的顶面高程比最终的安装高程高5~10mm；调整斜楔块的顶面高程为最终的安装高程。
6.2.1.4将座环分瓣面清理干净以备座环吊装；将座环组合螺栓、螺母、螺柱清理干净并进行试装配；将分瓣面圆柱销清理干净。
6.2.1.5将座环上、下法兰面的把合螺孔清理干净并涂上相应的防腐漆（工地自备），用棉纱、木塞等将螺孔可靠地临时封堵。
6.2.2座环的组装6.2.2.1将带部分蜗壳的座环瓣体吊起并粗调其水平，按X、Y标记放置于相应的千斤顶上。
调整地脚螺栓，通过座环混凝土支墩的预留通孔将圆钢Q235—B穿入地脚螺栓相应的孔中。
初步拧紧地脚螺栓的螺母，同时调整千斤顶来初步调整该座环瓣体的水平；根据预设机组基准线X、Y标点挂十字钢琴线来初步调整该座环瓣体的方位。
水轮机蜗壳的结构设计问题探究作者：余先源来源：《价值工程》2010年第36期摘要：我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，水压试验尽管可以消除部分残余应力，但量值有限，又因蜗壳的设计应力不大、设计技术比较成熟、焊接和制造工艺稳定，而且有有效的检测手段和经验，所以我国水电站的蜗壳可不要求做工地水压试验。
Abstract: In recent years, China's spiral casing imported machines need to go through the hygro pressure test. Although the hygro pressure test could eliminate partial residual stress, the quantity is limited. And the design stress of spiral casing is not big and the design technology is mature, the welding and manufacture process are stable. And there are effective testing methods and experience, so China's hydroturbine spiral casing could be free from site hydro pressure tests.关键词：水轮机；蜗壳；弹性垫层；充压值Key words: hygroturbine; spiral casing; cushion; pressure value中图分类号：TH12 文献标识码：A文章编号：1006-4311（2010）36-0189-011文章要探究的几个问题1.1 钢蜗壳的外层。
钢蜗壳的外层包有钢筋混凝土，两者之间或填以弹性垫层，或预留间隙，形成不同材料组合的联合承载结构，如何才能保证载荷分配比的实现，而且可靠。
