[水利水电出版社水电站课件]SDZ-2水轮机的蜗壳、尾水管及汽蚀.ppt

第二章 水轮机的蜗壳、尾水管及汽蚀;(二) 型式; 2. 金属蜗壳;二、蜗壳的主要参数 ;; 2.蜗壳包角 ;;三、蜗壳的水力计算;;;2. 蜗壳的水力计算按(Vu=VC=C) ;;;混凝土蜗壳的水力计算(半解析法) ;;第二节 尾水管的作用、型式及其主要尺寸确定; 转轮所获得能量等于转轮进出口之间的能量差： 1.无尾水管时： 转轮获得能量： 2 . 设尾水管时： 根据2-2至5-5断面能量方程： ; 设尾水管后，转轮所获得能量： 水轮机多获得的能量： ; 设置尾水管以后，在转轮出口形成了压力降低，出现了真空现象，真空由两部分组成： 静力真空：H2(落差)，也称为吸出高度Hs； 动力真空(转轮出口的部分动能) 3. 尾水管的作用 (1) 汇集转轮出口水流，排往下游。 (2) 当Hs0时，利用静力真空。 (3) 利用动力真空Hd。; 尾水管的动能恢复系数;二、尾水管型式及其主要尺寸;肘型尾水管; 1. 进口直锥段： 进口直锥段是一个垂直的圆锥形扩散管，D3为直锥管进口直径，θ为锥管单边扩散角。 混流式：直锥管与基础环相接，(转轮出口直径)， θ=7°~ 9° 轴流式：与转轮室里衬相连接，D3=0.937D1，θ=8°~ 10°。 h3——直锥段高度，其长度增加将会导致开挖量增加。一般在直锥段加钢板衬。; 2. 肘管： 90°变断面的弯管，进口为圆形断面，出口为矩形断面。F进/F出=1.3 曲率半径R小——离心力大——压力、流速分布不均匀—hw大。R=(0.6~1.0)D4 为减小转弯处的脱流及涡流损失，肘管出口收缩断面(hc)： 高/宽=0.25 3、出口扩散段： 矩形扩散管，出口宽度B5， B5很大时，加隔墩d5=(0.1~0.15) B5 顶板 α=10°~13°，底板水平。; 4.尾水管的高度与水平长度 尾水管的总高度和总长度是影响尾水管性能的重要因素。 H=h3+h4 h4肘管高度确定，不易变动。 H取决于h3。h3大→hw小→ηw大→开挖加大，工程投资大； L：机组中心到尾水管出口，L大→F出大→V出小→ηw大→hf大→厂房尺寸加大，一般L=( 3.5～4.5) D1。 5.推荐尾水管尺寸：表2-1 ; 6.尾水管局部尺寸的变更 厂房设计中，由于地形、地质条件，布置厂房的原因，在不影响尾水管能量指标的前提下，对选出的尾水管尺寸可作局部变更。 (1) 减小开挖， h4不动，扩散段底板向上倾斜6°~12° (2) 大型反击式水轮机，为减小厂房长度，尾水管不对称布置 (3) 地下电站：为使岩石稳定，尾水管采用窄深断面 (4) 加长h3、L2 ;第三节 水轮机的汽蚀; 2. 水轮机的汽蚀(1) 汽蚀破坏的机理 由 可知，当V↑→p↓,当p= pb时，水开始汽化→汽泡（水蒸气+空气）→进入高压区（汽泡破灭时，由于汽泡内气体稀薄，出现强大真空，汽泡外面的水流质点在内外压差的作用下急速向汽泡中心压缩、冲击）在汽泡内形成很大的微观水击压力（可达几百大气压）；汽泡产生反作用力向外膨胀，压力升高，水流质点向外冲击。 ; 大量汽泡连续不断地产生与溃灭，水流质点反复冲击，使过流通道的金属表面遭到严重破坏→ 机械破坏，叫疲劳剥蚀。 汽泡被压缩，由于体积缩小，汽化破坏时水流质点相互撞击，引起局部升高(300度)，汽泡的氧原子与金属发生化学反应，造成腐蚀；同时由于温度升高，产生电解作用→化学腐蚀。 (2) 汽蚀定义 汽泡在溃灭过程中，由于汽泡中心压力发生周期性变化，使周围的水流质点发生巨大的反复冲击，对水轮机过流金属表面产生机械剥蚀和化学腐蚀破坏的现象，称为汽蚀。 ; 3. 汽蚀造成的危害 使过流部件机械强度降低，严重时整个部件破坏。 增加过流部件的糙率，水头损失加大，效率降低，流量减小，出力下降。 机组产生振动，严重时造成厂房振动破坏 。 缩短了机组检修的周期，增加了检修的复杂性。消耗钢材、延长工期；; 二、水轮机汽蚀类型; 三、水轮机的汽蚀系数 ;; 通过研究叶片上的压力分布情况，得到叶片上压力最低点（一般为叶片背面靠近转轮叶片出口处)K点的压力为： K点的真空值Hk.v： ;静力真空Hs是吸出高度，取决于水轮机的安装高程，与水轮机的性能无关； 动力真空hk与转轮叶型、水轮机工况、尾水管性能有关，因此表明汽蚀性能的只是动力真空： б称水轮机的汽蚀系数，是动力真空的相对值。 б与叶型、工况有关，Wk大—— W2大