第二章_水轮机蜗壳尾水管.ppt

第二章 水轮机的蜗壳、尾水管及汽蚀 第一节 蜗壳的型式及主要参数选择 一、蜗壳的功用及型式 (一) 功用 蜗壳是水轮机的进水部件，把水流以较小的水头损失，均匀对称地引向导水机构，进入转轮。设置在尾水管末端。 (二) 型式 1. 混凝土蜗壳 适用于低水头大流量的水轮机。 H≦40m, 钢筋混凝土浇筑，“T”形断面。 当H40m时，可用钢板衬砌防渗(H 达80m) 2. 金属蜗壳 当H40m时采用金属蜗壳。其断面为圆形，适用于中高水头的水轮机。 钢板焊接：H=40~200m，钢板拼装焊接。 铸钢蜗壳：H200m时，钢板太厚，不易焊接，与座环一起铸造而成的铸钢蜗壳，其运输困难。 二、蜗壳的主要参数 1.断面型式与断面参数 金属蜗壳：圆形结构参数：座环外径、内径、导叶高度、蜗壳断面半径、蜗壳外缘半径 混凝土蜗壳：“T”形。 (1) m=n时：称为对称型式 (2) mn：下伸式 (3) mn ：上伸式 (4) n=0：平顶蜗壳 中间断面： 蜗壳顶点、底角点的变化规律按直线或抛物线确定。 2.蜗壳包角 蜗壳末端(鼻端)到蜗壳进口断面之间的中心角φ0 (1) 金属蜗壳：φ0=340°~350°,常取345° (2) 混凝土蜗壳：φ0=180°~270°,一般取180°，一大部分水流直接进入导叶，为非对称入流，对转轮不利） 3、蜗壳进口平均流速： 进口断面流量 Qmax——水轮机的最大引用流量。 Vc↑→Fc↓→hw↑；Vc↓→Fc↑→hw↓； 一般由Hr~VC曲线确定VC 三、蜗壳的水力计算 水力计算的目的: 确定蜗壳各中间断面的尺寸，绘出蜗壳单线图，为厂房设计提供依据。 已知： 1. 水流在蜗壳中的运动规律 水流进入蜗壳后，形成一种旋转运动(环流)，之后进入导叶,水流速度分解为Vr、Vu。 进入座环时，按照均匀轴对称入流的要求， Vr=常数。 圆周流速Vu的变化规律，有两种基本假定： (1) 速度矩Vur= C 假定蜗壳中的水流是一种轴对称有势流，忽略粘 性及摩擦力，Vu会随r的增加而减小。 (2) 圆周流速Vu=C：即假定Vu=VC=C 2. 蜗壳的水力计算按(Vu=VC=C) 金属蜗壳水力计算 (1）蜗壳进口断面： 断面半径： 从轴心线到蜗壳外缘半径：  (2) 中间断面( ) 由此可以绘出蜗壳平面图单线图。其步骤为： (a) 确定φ0 和VC ； (b) 求Fc、ρmax、Rmax； (c) 由φi确定Fi、ρi、Ri。 混凝土蜗壳的水力计算(半解析法) (1) 按求进口断面积； (2) 根据水电站具体情况选择断面型式，并确定断面尺寸，使其 (3) 选择顶角与底角点的变化规律(直线或抛物线)，以虚线表示并画出1、2、3…….等中间断面。 (4) 测算出各断面的面积，绘出：F = f(R)关系曲线。 (5) 按 绘出F = f(Φ)直线。 (6) 根据φi确定Fi、Ri及断面尺寸，绘出平面单线图。 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： 可得： 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 尾水管的静力真空Hs取决于水轮机的安装高程，与尾水管的性能无关；衡量尾水管性能好坏的标志是恢复动能的程度（与尾水管尺寸有关），一般用动能恢复系数ηw表示 二、尾水管型式及其主要尺寸 尾水管的作用是排水、回收能量。其型式、尺寸影响、厂房基础开挖、下部块体混凝土尺寸。 尾水管尺寸越大，η越高，工程量及投资增大。 型式： 直锥形——用于小型水轮机 弯锥形——用于卧轴水轮机 弯肘形——（大中型电站） 弯肘型尾水管 减小厂房开挖深度，水力性能好，大中型号水轮机均采用弯肘型尾水管。