水轮机结构蜗壳及尾水管PPT课件

1、1. 混凝土蜗壳 适用于低水头大流量的水轮机。 H40m, 钢筋混凝土浇筑，“T”形断面。 当H40m时，可用钢板衬砌防渗(H 最大达80m)第1页/共25页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=40200m，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。 第2页/共25页二、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。 第3页/共25页混凝土蜗壳：“T”形。 (1) m=n时：称为对称型式 (2) mn：下

2、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。 第4页/共25页蜗壳中间断面金属蜗壳金属蜗壳 混凝土蜗壳混凝土蜗壳第5页/共25页2. 蜗壳包角 蜗壳末端(鼻端)到蜗壳进口断面之间的中心角0(1) 金属蜗壳：0=340350,常取345(2) 混凝土蜗壳：0=180270,一般取180，一大部分水流直接进入导叶，为非对称入流，对转轮不利） 第6页/共25页 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。 VcFchw；VcFchw； 一般由HrVC曲线确定VC 0max360QQcrccHV第7页/共25页

3、金属蜗壳流速系数金属蜗壳流速系数混凝土蜗壳进口断面流速系数混凝土蜗壳进口断面流速系数第8页/共25页三、蜗壳的水力计算1.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：2.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。cbarVDDbQH,00max0maxbDQVar第9页/共25页 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

4、) 圆周流速Vu=C：即假定Vu=VC=C第10页/共25页3. 蜗壳的水力计算按(Vu=VC=C) （1）金属蜗壳水力计算第11页/共25页(i) 蜗壳进口断面： 断面半径： 从轴心线到蜗壳外缘半径： ccccVQVQF00max360CcVQF00maxmax360maxmax2arR第12页/共25页(ii) 中间断面( )由此可以绘出蜗壳平面图单线图。其步骤为：(i) 确定0 和VC ；(ii) 求Fc、max、Rmax；(iii) 由i确定Fi、i、Ri。max0360QQiiciuiiVQVQF0max360CiiVQ0max360iairR2 i第13页/共25页(2) 混凝土蜗

5、壳的水力计算(半解析法) 第14页/共25页(1) 按进口流速求进口断面积；(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()直线。(6) 根据i确定Fi、Ri及断面尺寸，绘出平面单线图。 ciuiiVQVQF0max360cFF第15页/共25页第五节 尾水管的型式及其主要尺寸一、尾水管型式 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） 第16页/共25页常见尾水管的形式直锥形直锥形

6、第17页/共25页常见尾水管的形式弯锥形弯锥形弯肘形弯肘形第18页/共25页弯肘型尾水管 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。组成：直锥段、肘管、出口扩散段。轴流式水轮机 混流式水轮机第19页/共25页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，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)， =7 9轴流式：与转轮室里衬相连接，D3=0.937D1，=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。第20页/共25页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

7、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=(0.61.0)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。第21页/共25页3、出口扩散段： 矩形扩散管，出口宽度B5，B5很大时，加隔墩d5=(0.10.15) B5 顶板 =1013，底板水平。第22页/共25页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=h1+h2+h3+h4 h1，h2由转轮结构确定; h4为肘管高度，不易变动。 H取决于h3(直锥段长度)。h3大开挖加大，工程投资增大；L：机组中心到尾水管出口，L大F出大V出小w大hf大厂房尺寸加大，一般L=( 3.54.5) D1。5.推荐尾水管尺寸：表4-15。第23页/共25页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。减小开挖，h不动，扩散段底板向上倾斜612大