水电站厂房课程设计说明书
张文奇
1.蜗壳的型式
电站设计水头H p=95.5m>40m （且>80m ），根据《水力机械》第二版第96页的蜗壳型式选择金属蜗壳。
2.蜗壳的主要参数
2.1金属蜗壳的断面形状为圆形。
2.2对于圆形断面金属蜗壳为了获得良好的水力性能一般采用蜗壳的包角为
0ϕ=345°。
2.3根据《水力机械》第二版第99页图4-30查得，当设计水头为95.5m 时，蜗壳的进口断面的平均流速c V =7.5m/s ；
2.4己知水轮机的型号HL200-LJ-275，根据《水力机械》第二版附表5查得:1D =2750mm ，H=95.5m 时，蜗壳的座环内径b D =3650mm ，外径a D = 4550 mm ，所以蜗壳座环的内、外半径分别：
3. 金属蜗壳的水力计算
电站设计水头H P =95.5m ，进口平均流速c V =7.5m/s ，包角为0ϕ=345°，每台机组过水能力：max Q =62.69m 3/s 。
3650
182522b b D r mm =
==4550
227522a a D r mm =
=
=
3.1对于蜗壳进口断面：
断面的面积：
断面的半径：
从轴中心线到蜗壳外缘的半径：
3.2对于中间任一断面：
设为从蜗壳鼻端起算至计算断面i 处的包角，则该计算断面处的
其中max Q =62.69m 3/s 。，c V =7.5m/s ，a r =2.275m 计算成果见表1：
2max 062.69345==8m 3603607.5C C C C Q Q F V V ϕ⨯︒=
=︒︒⨯max 1.6m ρ=
==max a max 2 2.2752 1.6 5.475R r m ρ=+=+⨯=i ϕmax
360i
i Q Q ϕ=
︒
i ρ=
a 2i i R r ρ=+
3.3蜗壳断面为椭圆形的计算
当圆形断面半径的时候蜗壳的圆形断面就不能与座环蝶形边相切，这时就用椭圆断面。
由《水电站动力设备手册》查得：蝶形边高度可近似定为：
m 55.01.075.22
75.22
.01.02b h 10=⨯+⨯=+=D
查《水力机械》第二版附表
1可得HL200-LJ-275水轮机导叶相对高度b 0=0.2。 临界值：
为座环蝶形边锥角，一般取55度。
由圆形断面得：
当时的临界角
综合可知，当断面包角在0-146.4 度的时候，取椭圆断面。
椭圆短半径: 椭圆的当量面积: 椭圆长半径:，
S ρ<0.55
0.959cos cos55h S m α=
==︒α345, 1.597m ϕρ=︒=1006.6
C ==
=0.959i S m ρ==i ()(1006.6(2.2750.959146.4i a C r ϕρ︒=+=+=︒
S ρ<2
m ρ=（）i 1=sin i
C ϕρα+222i d tg m A πρα=+（）
12(1ctg )m L ρρα=+-（）0.55
0.671sin sin 55h L α=
==︒
椭圆断面中心距:
椭圆断面外半径:
计算结果见表2：表2
所以蜗壳尺寸图如下所示：单位mm
i a2
a 1.22m
rρ
=+（）
i i1
m
R aρ
=+（）
4.拟定转轮流道尺寸
根据《水电站机电设计手册》——水力机械分册，已知D1’=1.0m时，HL200 型的尺寸可以推D1=2.75m 时的转轮流道尺寸。
将图中所示的各尺寸乘以2.75，即可得到水轮机转轮流道尺寸。
5.尾水管单线图的绘制
尾水管型式选择
本电站选用混流式水轮机，为了减小尾水管的开挖深度，采用弯肘形尾水管，它由进口直锥段、肘管和出口扩散段三部分组成。由于所选水轮机型号为HL200-LJ-275，则水轮机的标称直径为D1=2.75m。
下表中的尺寸是对转轮直径而言，当直径不为1m 时，可乘以直径数即得所需尺寸。对混流式水轮机由于直锥管与基础环相连接，可以取D3等于转轮出口直径D2，由水轮机的流道尺寸可知转轮出口直径为D2=1.082X2.75=2.98m，由水轮机的流道尺寸可知D1表4
尾水管设计尺寸（m）
5.1进口直锥段
进口直锥管是一垂直的圆锥形扩散管，由于选用混流式水轮机，则转轮出口
直径2D 等于直锥管的进口直径3D =2.98m ，直锥段出口直径4D =3.7125m ，锥管的单边扩散角取θ=8°，直锥段高度3h =2.6m 。
5.2肘管:
肘管是一90°变断面弯管，其进口为圆断面，出口为矩形断面。水流在肘管中由于转弯受到离心力的作用，使得压力和流速的分布很不均匀，而在转弯后流向水平段时又形成了扩散，因而在肘管中产生了较大的水力损失。影响这种损失的最主要的因素是转弯的曲率半径和肘管的断面变化规律，曲率半径越小则产生的离心率越大，一般推荐使用的合理半径R=(0.6~1.0)4D ，外壁6R 用上限，内壁7R 用下限，则有:
6R =1 X 3.71=3.71m 7R =0 .6X3 .71=2.226m
5.3出口扩散段:
出口扩散段是一水平放置断面为矩形的扩散段，其出口宽度一般与肘管出口宽度相等;其顶板向上倾斜，长度2L =L -1L =7.37m 仰角︒=-=5.11h h arctg
2
6
5L α 说明:因为算出的B 5=7.48m<10m ，所以尾水管出口扩散段之间不设中间支墩。
5.4尾水段的高度与水平长度
尾水管的总高度h 和L 是影响尾水管性能的重要因素，总高度h 是由导叶底环平面到尾水管之间的垂直高度。增大尾水管的高度h ，对减小水力损失和提高效率是有利的，但对混流式水轮机尾水管中产生的真空涡带在严重的情况下不仅影响机组的运行而且还会延伸到尾水管地板引起机组和厂房的振动。为了改善这一情况，常采取增大尾水管高度的办法，但将会增大开挖量，从而引起工程投资的增加。经过试验，一般对于高比速混流式水轮机（1D ＜2D ）取h ≥2 .6 1D ，因此，h =7.15m=2.61D ，满足要求。
总长度L 指从机组中心到尾水管出口的水平距离，通常取L=（3.5~4.5）1D 。由表3知L=12.375m ，满足要求。尾水管尺寸示意图如下：
