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1、.1 第二章 蜗壳及尾水管的水力计算 第 1 节 蜗壳水力计算 一.蜗壳尺寸确定 水轮机的引水室是水流进入水轮机的第一个部件，是还击式水轮机的重要组成局部。引水室的作用是将水流顺畅且轴对称的引向导水机构。引水室有开敞式、罐式和蜗壳式三种。蜗壳式是还击式水轮机中应用最普遍的一种引水室。它是用钢筋混凝土或者金属制造的封闭式布置，可以适应各种水头和流量的要求。水轮机的蜗壳可分为金属蜗壳和混凝土蜗壳两种。1.蜗壳形式 蜗壳自鼻端到进口断面所包围的角度称为蜗壳的包角，水头大于 40m 时一般采用混凝土蜗壳，包角；当水头较高时需要在混凝土中布置大量的钢筋，造价可能比混凝土蜗壳还要高，同时钢筋布置过密会造成
2、施工困难，因此多采用金属蜗壳，包角。本电站最高水头为 174m，故采用金属蜗壳。2.座环参数 根据水轮机转轮直径D1查1.P 128 页表 216 得：座环出口直径:座环进口直径:蜗壳常数K=100mm、r=200mm 3.蝶形边锥角 取 4.蝶形边座环半径 5.蝶形边高度h 6.蜗壳圆形断面和椭圆形断面界定值s 7.座环蝶形边斜线L 8.座环蝶形边锥角顶点至水轮机轴线的距离 二.蜗壳进口断面参数计算 1.蜗壳进口流量Q0的计算 由 HLD10 运转综合特性曲线查得:Pr=35833.3(kW)、Hr=158.75m、T=0.905 2.蜗壳进口断面面积F0的计算 根据水头查设计手册图 221
3、 得：v0=11m/s.1 3.蜗壳进口断面半径0的计算 4.进口断面圆心至水轮机中心线的距离0 查1.P128 表 216 金属蜗壳座环尺寸系列得：k=0.1m、Da=3.25m、Db=2.725m 5.蜗壳系数C的计算 6.进口断面外半径R0 三.蜗壳圆形断面参数计算 1.蜗壳圆形断面参数计算：见表 21 表 21 蜗壳圆形断面计算表 四.蜗壳椭圆形断面参数计算 1.蜗壳椭圆形断面参数计算：见表 22 表 22 蜗壳椭圆形断面计算表 断面号 L A R2 R1 15 135 0.072 0.0042 0.0017 0.179 0.496 0.354 0.832 0.508 0.506 2.
4、143 2.65 16 120 0.064 0.0033 0.0013 0.159 0.464 0.354 0.734 0.455 0.491 2.078 2.57 断面号 1 345 0.150 1.725 0.518 0.0841 0.658 0.808 0.653 0.859 2.533 3.39 2 330 0.143 1.725 0.495 0.0841 0.641 0.784 0.615 0.836 2.509 3.35 3 315 0.137 1.725 0.473 0.0841 0.623 0.760 0.578 0.814 2.485 3.30 4 300 0.130 1.7
5、25 0.450 0.0841 0.605 0.735 0.541 0.790 2.460 3.25 5 285 0.124 1.725 0.428 0.0841 0.586 0.710 0.504 0.767 2.435 3.20 6 270 0.117 1.725 0.405 0.0841 0.566 0.684 0.468 0.743 2.409 3.15 7 255 0.111 1.725 0.383 0.0841 0.546 0.657 0.432 0.718 2.382 3.10 8 240 0.104 1.725 0.360 0.0841 0.525 0.630 0.396 0.
6、693 2.355 3.05 9 225 0.098 1.725 0.338 0.0841 0.503 0.601 0.361 0.668 2.326 2.99 10 210 0.091 1.725 0.315 0.0841 0.481 0.572 0.327 0.641 2.297 2.94 11 195 0.085 1.725 0.293 0.0841 0.457 0.541 0.293 0.614 2.266 2.88 12 180 0.078 1.725 0.270 0.0841 0.431 0.509 0.260 0.586 2.234 2.82 13 165 0.072 1.725
7、 0.248 0.0841 0.404 0.476 0.227 0.557 2.201 2.76 14 150 0.065 1.725 0.225 0.0841 0.375 0.441 0.194 0.527 2.166 2.69 CiiDrCriD22h22hCriDix2ixiiaiRiaCisin1aCisin12 aCi22cotCri12iiaiR.1 17 105 0.056 0.0025 0.0010 0.139 0.430 0.354 0.639 0.400 0.474 2.010 2.48 18 90 0.048 0.0019 0.0008 0.119 0.394 0.354
8、 0.546 0.343 0.457 1.940 2.40 19 75 0.040 0.0013 0.0005 0.099 0.356 0.354 0.456 0.283 0.439 1.868 2.31 20 60 0.032 0.0008 0.0003 0.079 0.314 0.354 0.369 0.221 0.420 1.791 2.21 21 45 0.024 0.0005 0.0002 0.060 0.268 0.354 0.285 0.155 0.400 1.711 2.11 22 30 0.016 0.0002 0.0001 0.040 0.215 0.354 0.205 0
9、.084 0.379 1.625 2.00 23 15 0.008 0.0001 0.0000 0.020 0.149 0.354 0.129 0.008 0.357 1.532 1.89 四.蜗壳单线图的绘制 HLD10 蜗壳单线图见附图 4 第 2 节 尾水管尺寸的计算 一.尾水管根本尺寸确实定 1.尾水管型式的选择 水流在转轮中完成了能量交换后，将通过尾水管流向下游，这是尾水管的根本作用。但是尾水管还有一个作用是使水轮机转轮出口处的水流能量有所降低，从而增加转轮前后的能量差。回收一局部水流能量。尾水管有直锥型、弯曲型和弯肘型三种型式。大型立式机组，由于土建投资占电厂总投资的比例很大，故一
10、般选用弯肘形尾水管以降低水下开挖量和混凝土量。2.尾水管的高度h 尾水管的高度h是指水轮机底环平面到尾水管底板的高度，它对尾水管的恢复系数、水轮机运行稳定性及电站开挖量有直接影响。高度h越大，锥管段的高度可取大一些，因而降低了锥管段出口即肘管段进口及其后部流道的流速，这对降低肘管中的水力损失有利。一般情况下，通过尾水管的流量愈大，h应采用较大的值，但h增大受到水下挖方量的限制。h确实定，与水轮机型式有关。由于混流式和定桨式水轮机在偏离最优工况运行时，尾水管中会出现涡带，引起机组振动，如果h太小，则机组振动加剧，故h选择时应综合考虑能量指标和运行稳定性。根据经历，h一般可作如下选择：对于D1D2
11、的低比速混流式水轮机，h2.2D1。取h=2.5D1。参考表 23，标准弯肘型尾水管可选 4H 系列。表 23 标准弯肘形尾水管主要参数 单位：m.1 尾水管型式 1/Dh D1 h L B5 D4 4h h6 L1 h5 4A 4C 4E 4E 4H 4H 20 1.915 2.30 2.30 2.50 2.50 2.70 2.30 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.915 2.30 2.30 2.50 2.50 2.70 2.30 3.50 4.50 4.50 4.50 4.50 4.50 3.50 2.20 2.38 2.50 2.50 2.74
12、1.74 2.17 1.10 1.17 1.23 1.23 1.352 1.352 1.04 1.100 1.170 1.230 1.230 1.352 1.352 1.040 0.550 0.584 0.617 0.617 0.670 0.670 0.510 1.417 1.500 1.590 1.590 1.750 1.750 1.410 1.000 1.200 1.200 1.200 1.310 1.310 0.937 3.肘管的选择 肘管段的形状十分复杂，因为水流要在肘管拐弯 90，同时要由进口圆形断面逐渐过渡到出口为矩形断面。它对尾水管的恢复系数影响很大，且肘管中的水力损失最大。肘管
13、难以用理论公式计算，通常采用推荐的标准肘管，图 24 所示为 4 号系列肘管。图中各局部的尺寸参数列于表 24 中。4H 型肘管主要参数见表 24 和 25 表 244H 型标准肘管主要参数 单位：m 尾水管参数 1/Dh D1 h L B5 D4 4h h6 L1 h5 4H 2.5 1 2.5 4.5 2.74 1.352 1.352 0.67 1.75 1.31 D1=1.9m 4.75 1.9 4.75 8.55 5.21 2.5688 2.5688 1.27 3.325 2.489 参考表 25 可选出肘管各局部参数:表 25 4 号系列肘管各局部参数表单位：m 参数类型 D4 h4
14、 B4 L1 h6 a R6 R7 a1 a2 R8 4A 4C 4E 4H 20 1.100 1.170 1.230 1.352 1.040 1.100 1.170 1.230 1.352 1.040 2.200 2.382 2.500 2.740 2.170 1.417 1.500 1.590 1.750 1.410 0.550 0.584 0.617 0.670 0.510 0.395 0.422 0.446 0.487 0.369 0.940 1.000 1.060 1.160 0.879 0.660 0.703 0.745 0.815 0.640 1.205 1.275 1.350
15、1.478 1.135 0.087 0.093 0.098 0.107 0.080 0.634 0.677 0.710 0.782 0.590 注：表中数值是对D1=1m 而言。表 25 4 号系列肘管各局部参数表单位：m.1 尾水管参数 D4 h4 B4 L1 h6 a R6 R7 a1 a2 R8 4H 1.352 1.352 2.74 1.75 0.67 0.487 1.16 0.815 1.478 0.107 0.782 D1=1.9m 2.57 2.57 5.2 3.325 1.273 0.925 2.2 1.55 2.8 0.2 1.5 4.进口单边锥角 对于混流式水轮机进口单边锥角取值围为 79。取=8 由比转速ns查1.P26 图 129 得：h1=0.0241.9=4.56(cm)h2=0.1481.9=28.12(cm)h3=hh1h2h4=4754.5628.12256.88=185.44(cm)5.尾水管进口直径D3 6.出口扩散段 查1.P132，顶板仰角=1013，取=12。支墩的尺寸如下：二.尾水管单线图的绘制 HLD10 尾水管单线图见附图 5