蜗壳的水力计算

第五章 蜗壳 88第五章 蜗壳45 蜗壳形式与其主要尺寸的选择现代的中型及大型水轮机都是用蜗壳引导进水的。

各种水力实验中所进行的试验指出，设计合理的蜗壳，它的引水能力及效率与小型水轮机所采用的明槽式装置及罐式机壳相比较并无明显的降低。

蜗壳的优点是可以大大缩短机组之间的距离，这在选择电站厂房的大小时，有着很大的意义。

从蜗壳的研究当中，可以确定各种不同水头下蜗壳内的最佳水流速度，最合理的蜗壳形式，经及制造它的材料。

大部分的转桨式及螺桨式水轮机都采用梯形截面的混凝土蜗壳。

目前设计混凝土蜗壳的最高水头是30～35公尺。

然而，有很多大型水电站，在水头低于35公尺时还应用金属蜗壳。

轴向辐流式水轮机通常采用金属蜗壳，按照水头及功率的不同，金属蜗壳可由铸铁或铸钢浇铸（图62），焊接（图63）或铆接而成。

图64所示是根据水轮机的水头及功率，对于各种不同型式蜗壳通常所建议采用的范围。

蜗壳的大小决定了它的进水截面，而进水截面是与所采取的进水速度有关的。

最通用的进水速度与水头之间的关系，对于12～15公尺以下的水头来说如下式所示：H k v v c = (84)式中 c v —蜗壳中的进水速度；H —有效水头；v k —速度系数，约为1.0。

中水头或高水头则常应用下列关系：30v c H k v = (85)如果把列宁格勒斯大林金属工厂和其它制造厂所出品的中水头及高水头水轮机的现有蜗壳进水速度画在圆上，那么对于水头超过12～15公尺时，我们可得符合下式的曲线：30c H v 5.1=然而，有许多由列宁格勒斯大林金属工厂及外国厂家制造的良好的蜗壳，进水速度大大超过了所示的数值。

图65所示为根据有效水头选择蜗壳进水速度用的诺模图，此图是根据上述的公式而做成的。

46 蜗壳的水力计算当工质—水，流经水轮机的运动机构—转轮时，由于运动量的变化而产生流体能量的转变。

这可用水轮机的基本方程式来表示：gh ηu v u v r u u 2211=-由蜗壳所产生的环流（旋转）及速度v u1只与当时一瞬间的流量Q 和蜗壳尺寸有关。

第二节 蜗壳计算一、 蜗壳形式、进口断面参数选择1、蜗壳形式选择由于应力强度的限制，钢筋混凝土的蜗壳只能在40m 水头以下的电站中采用，而对于40m 以上水头的电站来说，只能采用金属蜗壳。

根据原始资料，本次设计电站的最大水头为95m ，故应选择金属蜗壳。

2、蜗壳进口断面参数选择 （1） 包角ϕ的选择混凝土蜗壳包角ϕ通常选择在270~180之间，而金属蜗壳的包角通常在350~340之间，故选取包角345ϕ︒=。

（2） 选择进口断面平均流速0v进口断面平均流速v-可以选择大一些，这样可以减小蜗壳尺寸，但过大的增加0v 又会增加损失从而降低水轮机效率，减少水轮机的输出功率，故应尽量合理选择。

v-=＝0.86⨯81=7.74（m/s ） 参【1】P119K 为蜗壳的流速系数，与水头有关，查得0.86 参【2】P120 图（5-14） H 为水轮机设计水头。

（3） 确定进口断面的流量0Q 计算公式如下：000111360360T QQ Q D ϕϕ==限=⨯3603451.247⨯4.52⨯81 =217.8 m 3/m 参考【2】P 124ϕ0为进口断面的包角。

（4）计算进口断面面积0F 计算公式如下： 000v Q F ==74.78.217=28.14 ㎡/s （5）计算进口断面半径0ρ计算公式如下： πρ00F ==π14.28=3 m 参考【2】P 124（6）确定座环内外径D a 、D bmr m K m D mD b a 4.015.0615.7==== 参考【2】P 128表2-16（7） 确定碟形边锥角α由座环工艺决定，一般取55α︒=。

（8）计算碟形边高度h 计算公式如下：202sin 22b h ktg r αα=++ =1.26/2+0.15255sin15.0255tg 2⨯⨯+⨯ =0.9mb 010b ⨯=D =4.5⨯0.28=1.26 m（9）计算碟形边半径0r计算公式如下： k D r a+=20=7.15/2+0.15=3.72 m 固定导叶外切圆半径r a = D a /2=7.15/2=3.58 m（10）确定进口断面的中心距α0 计算公式如下： 22000h r a -+=ρ =22.90372.3-+=6.55 m（11） 计算进口断面的外半径0R 计算公式如下：000ρ+=a R =6.55+3=9.55 m（12）计算蜗壳系数C 计算公式如下：202000ρϕ--=a a C 参考【2】P 124公式2-5。

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 ==。

水电站厂房课程设计计算书学院:水利与环境学院指导老师:殷德胜学号:2008101440§1 绘制蜗壳单线图一、蜗壳的型式:水轮机的设计头头 46.240p H m m =>, 采用金属蜗壳。

另外, 由水轮机的型式为 HL220— LJ — 225,可知本水电站采用金属蜗壳。

二、蜗壳主要参数的选择 (参考《水力机械》金属蜗壳的断面形状为圆形为了良好的水力性能一般蜗壳的包角取 0345ϕ= 查表得 (P160:3max 38.9/Q m s = 蜗壳进口断面流量 max360c Q Q ϕ=334538.937.3/360c Q m s =⨯=, 蜗壳进口断面平均流速 c V 由图 4— 30查得, 5.8/c V m s =。

由附录二表5(P162查得:3250, 3850b a D mm D mm ==,则 1625, 1925b a r mm r mm ==其中:b D —座环内径; a D —座环外径; b r —座环内半径; a r —座环外半径。

座环示意图如下图所示座环尺寸(mm比例:1:100三、蜗壳的水力计算1、对于蜗壳进口断面(P100断面面积 20max 34538.96.4273603605.8c c c c Q Q F m V V ϕ⨯====⨯断面的半径max 1.430m ρ====。

从轴中心线到蜗壳外缘的半径:max max 21.92521.4314.786a R r mρ=+=+⨯=。

2、对于断面形状为圆形的任一断面的计算设 i ϕ为从蜗壳鼻端起算至计算面 i 处的包角,则该计算断面处的 max 360ii Q Q ϕ=,i ρ=2i a i R r ρ=+。

其中:3max 38.9/Q m s =, 5.8/c V m s =, 19251.925a r mm m ==。

表 1—1根据计算结果表1-1,画蜗壳单线图,如下图所示,比例为 1:80,单位为 mm 。

外婆大寿祝福语1、亲爱的外婆，您尊敬的形象，就像一座巨大的丰碑，永远矗立在我们的心灵深处！2、您正是一位不断掘取生活乐趣的老人，是我们人生的榜样，真心祝福您在生活的乐趣中，越活越年轻！外婆，生日快乐。

3、满脸皱纹，双手粗茧，岁月记载着您的辛劳，人们想念着您的善良；在这个特殊的日子里，祝您福同海阔、寿比南山，愿健康与快乐永远伴随着您！4、让我的祝福，像那悦耳的铃声，飘进你的耳畔，留驻您的心间，祝您生日快乐！5、今天是个喜庆的日子，外婆，在您辛劳了六十年的今天，子孙欢聚一堂，同享天伦之乐，祝您寿与天齐，并祝美好明天！6、甜甜的蛋糕，甜甜的祝福，柔柔的烛光，深深的祝福。

今天是您生日，愿所有的快乐、所有的幸福、所有的温馨、所有的好运围绕在您身边。

外婆祝您生日快乐！7、献上天天都属于您的赤诚和爱心，寄上声声都祝福您的亲情，亲爱的外婆，祝您生日快乐，永远快乐，福如东海！8、岁月飞逝，青春易去心难老；仙福永享，寿比南山不老松。

年年有今日，岁岁有今朝，愿您万寿无疆，福禄天齐。

9、外婆，你给我的回忆，是我童年里，最温暖的那一抹色彩！希望你今天是最快乐的一天！真心祝你，健康长寿！10、亲爱的外婆，今天是您的七十岁大寿，希望您在100岁大寿的时候，比现在还要精神百倍！我们永远爱您的！11、外婆的心，是最温暖的春风；外婆的手，是最灵巧的画家；外婆的笑容，是世界上最温暖的彩虹！亲爱的外婆，祝您年年有今日，岁岁有今朝！12、亲爱的外婆，您养育子孙的恩典，真是深如东海、重如泰山！在您生日的今天，祝愿您生日快乐，外婆，生日快乐。

13、在外婆生日到来的今天，愿所有的欢乐和喜悦，不断涌向您的窗前，愿你生日快乐。

14、外婆，你给我的回想，是我童年里，最热和的那一抹色彩！希看你今天是最快乐的一天！真心祝你，健康长寿！15、外婆愿你今天的回忆温馨，愿你今天的梦甜在心，愿你这一年欢欢喜喜，祝你生日美好无比！16、安逸静谧的晚年，是一种休息，是一种愉悦，是一种至高的享受！在这个特殊的日子里，祝您福如东海长流水、寿比南山不老松，健康与快乐永远伴随您！17、亲爱的外婆，真心祝你福寿康宁！希望你永远都健康长寿，我们永远爱你！18、亲爱的外婆，健康就是幸福，祝您乐观长寿，祝您生日快乐。