蜗壳断面设计公式及说明

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。

蜗壳的型式及主要尺寸的确定根据设计资料提供，水轮机型号为 HL160—LJ —410及水电站工作水头H=118.5m>40m ，故采用金属蜗壳。

金属蜗壳只承受内水压力，而机墩传下的荷载和水轮机层的荷载是由金属蜗壳外围的混凝土承受。

为使金属蜗壳与其外围混凝土分开，受力互不传递，我国通常是在金属蜗壳上半部表面铺设沥青、麻刀、锯末或软木沥青、塑料软垫3——5cm 厚的软垫层，靠近座环处不铺。

使外压不传到金属蜗壳，内水压力不传到蜗壳外的混凝土上。

蜗壳主要参数的选择① 设计资料提供，每台机组的最大引用流量，则蜗壳进口处的流量s m Q Q 300max 00088.117123360345360=⨯==ϕ②、蜗壳进口断面平均流速《水力机械》第二版P99图4—30(b)曲线得s m V c 9= ③、座环内、外径选择由水轮机的型号 HL160—LJ —410，查到cm D 4101=的座环尺寸， 当H=118.5m<170m 时，其座环内径mm D b 5450=, 115m<H=118.5m<170m,其座环外径mm D a 6450= 金属蜗壳的水力计算设i ϕ为从蜗壳鼻端起算至计算断面i 的包角，则该计算断面处的max 0360Q Q ii ϕ=cii V Q πϕρ0max 360=i a i r R ρ2+=蜗壳断面计算表0 0 0 0 3.23 15 5.13 0.57 0.43 4.08 30 10.25 1.14 0.60 4.43 45 15.38 1.71 0.74 4.70 60 20.50 2.28 0.85 4.93 75 25.63 2.85 0.95 5.13 90 30.75 3.42 1.04 5.31 105 35.88 3.99 1.13 5.48 120 41.00 4.56 1.20 5.63 135 46.13 5.13 1.28 5.78 150 51.25 5.69 1.35 5.92 165 56.38 6.26 1.41 6.05 180 61.50 6.83 1.48 6.18 195 66.63 7.40 1.54 6.30 210 71.75 7.97 1.59 6.41 225 76.88 8.54 1.65 6.52 240 82.00 9.11 1.70 6.63 255 87.13 9.68 1.76 6.74 270 92.25 10.25 1.81 6.84 285 97.38 10.82 1.86 6.94 300 102.50 11.39 1.90 7.03 315 107.63 11.96 1.95 7.13 330 112.75 12.53 2.00 7.22 345117.8813.102.047.31根据计算结果作蜗壳单线图。

蜗壳横截面的设计公式
O·A·奥迪索;封雁国;向世武
【期刊名称】《国际水力发电》
【年(卷),期】1991(043)008
【摘要】本文提出了用于设计蜗壳椭圆形或圆形横截面的一个公式。

对给定水流型态实行一些简化假设后获得了这个最终的数学公式。

该公式用于设计不可压缩和一维水流条件的反击式水轮机和离心式水泵。

应用角动量守恒定律得到了本公式，从而获得了一种简单的计算方法。

应用该方法可以确定反击式水轮机蜗壳圆周不同角度位置蜗壳横截面的几何参数。

【总页数】4页(P31-33,50)
【作者】O·A·奥迪索;封雁国;向世武
【作者单位】无
【正文语种】中文
【中图分类】TV547
【相关文献】
1.无蜗壳与有蜗壳离心式风机在空调系统中的流场对比分析 [J], 孙政;许敏;顾晓卫;张天坤;张芳
2.用蜗壳隔舌插件技术对蜗壳式离心泵实施优化改进 [J], 李学来;贺博
3.蜗壳横截面的设计 [J], 无
4.轴流转桨式机组混凝土蜗壳调整为钢衬蜗壳后的结构与施工优化 [J], 龙波
5.蜗壳断面形状及叶轮位置对蜗壳式轴流泵性能的影响 [J], 王党雄;曹卫东;张忆宁;刘晓娟;马金星
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金属蜗壳的水力计算在选定包角ϕ0及进口断面平均流速v 0后，根据设计流量Q r ，即可求出进口断面面积F 0。

由于要求水流沿圆周均匀地进入导水机构，蜗壳任一断面ϕi 通过的流量Q ϕ应为 Q Q ir ϕϕ=360（7—6）于是，蜗壳进口断面的流量为 Q Q r 00360=ϕ（7—7）进口断面的面积为F Q v Qv r 00000360==ϕ （7—8） 圆形断面蜗壳的进口断面半径为 ρπϕπmax ==F Q v r00360 （7—9）采用等速度矩方法计算蜗壳内其它断面的参数。

取蜗壳中的任一断面，其包角为ϕi ，如图7—15所示，通过该断面的流量为Q v bdr u r R aiϕ=⎰（7—10）因v r K u =，则v K r u =/，代入式（7—10）得： Q Kbrdr r R aiϕ=⎰（7—11） 式中：r a ──座环固定导叶的外切圆 半径；R i ──蜗壳断面外缘到水轮机轴线半径；r ──任一断面上微小面积到水轮机轴线的半径： b ──任一断面上微小面积的高度。

一、圆形断面蜗壳的主要参数计算对圆形断面的蜗壳，断面参数b 从图7—15中的几何关系可得b r a i i =--222ρ() （7—12） 式中：ρi ──蜗壳任一断面的半径；a i ──任一断面中心到水轮机轴线距离。

图7—15 金属蜗壳的平面图和断面图水轮机轴r aa ir R id rρibv uv rviϕ将式（7—12）代入式（7—11），并进行积分得：Q K a a i i i ϕπρ=--222() （7—13） 由式（7—6）与式（6-13）得ϕπρi r i i i KQ a a =--72022 () （7—14） 令C KQ r=720 π，称为蜗壳系数，则有ϕρi i i i C a a =--()22 （7—15）或 ρϕϕi i ii a C C =-⎛⎝ ⎫⎭⎪22（7—16）以上两式中的蜗壳系数C 可由进口断面作为边界条件求得。

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。

水电站厂房设计说明书(MY 水电站)1.绘制蜗壳单线图1.1蜗壳的型式水轮机的设计头头H p =46.2m>40m ，水轮机的型式为HL220-LJ-225，可知本水电站采用混流式水轮机，转轮型号为220，立轴，金属蜗壳，标称直径D 1=225cm=2.25m 。

1.2蜗壳主要参数的选择[1]金属蜗壳为圆断面，由于其过流量较小，蜗壳的外形尺寸对水电站厂房的尺寸和造价影响不大，因此为了获得良好的水力性能一般采用0ϕ= 340°～350°。

本设计采用0ϕ = 345°，通过计算得出通过蜗壳进口断面的流量Q c ，计算如下：①单机容量：60000KW15000KW 4N f ==，选取发电机效率为f η=0.96，这样可求得 水轮机的额定出力：1500015625KW 0.96N fN r fη=== ②设计水头：H p =H r =46.2m ，D 1=2.25m 由此查表得：η= 0.91131150L/s 1.15m /s 1Q ==水轮机以额定出力工作时的最大单位流量： 15625131.11 1.15m /s 1max33229.819.812.2546.20.91221N rQ D H r η===<⨯⨯⨯③水轮机最大引用流量：1231.112.2538.2m /s max 1max 1Q Q D ==⨯= ④蜗壳进口断面流量：3453max 38.236.61m /s 0360360Q Q c ϕ==⨯= 根据《水力机械》第二版中图4-30可查得设计水头为46.2m<60m 时蜗壳断面平均流速为V c =5.6 m/s 。

由附表5可查得：座环外直径D a =3850mm ，内直径D b =3250mm ，；座环外半径r a =1925mm ，座环内半径r b =1625mm 。

座环示意图如图一所示：1.3蜗壳的水力计算1.3.1对于蜗壳进口断面 断面的面积：20max m 537.63606.53452.38360=︒⨯︒⨯=︒==c c c c V Q V Q F ϕ 断面的半径：m 443.16.53603452.383600max max =⨯⨯︒︒⨯===︒ππϕπρccV Q F从轴中心线到蜗壳外缘的半径：2 1.9252 1.443 4.811m max max R r a ρ=+=+⨯=1.3.2对于中间任一断面设i ϕ为从蜗壳鼻端起算至计算面i 处的包角，则该断面处max 360ii Q Q ϕ=，max360i c Q V ρπ=，2i a i R r ρ=+其中：3max 38.2m /s Q =， 5.6m /s c V =，1925mm 1.925m a r ==。