华科大水力机械原理与设计课件07引水部件的水力设计

第七章

引水部件的水力设计HSJ

引水室的型式涡壳中的水流运动（本章的重点）涡壳主要参数的选择圆形断面涡壳的水力计算座环支柱的水力计算第一节引水室的型式HSJ引水部件的功能：在安全、经济的条件下使水流均匀地进入叶轮。引水室的型式：金属蜗壳式和混凝土蜗壳式。金属蜗壳一、水轮机的引水部件蜗式引水室的优点HSJ

水力损失较小，结构紧凑，克减少厂房尺寸和土建投资。封闭式，因此可用于各种水头和流量的水轮机。其断面从进口到尾部逐渐缩小，这样不仅可以使水流在导水机构前形成一定的环量，而且使水流沿整个圆周均匀地进入导水机构，因此在反击型水轮机中被广泛应用。二、泵的引水部件HSJ吸水室离心泵：轴流泵：直锥形吸水室吸入喇叭管半螺旋形吸水室环形吸水室

直收缩管吸水室肘形吸水室钟形吸水室泵吸入室的类型

HSJa)直锥管b)弯管c)肘管d)环形e)半螺旋形

第二节蜗壳中的水流运动HSJ理解：将涡壳中的流动视为中心处的涡、汇共同诱导的平面流动。令涡的强度为Γ

，而在垂直于流动平面方向单位长度上的流量为-Q。于是在极坐标（r,

）中，流线方程为：根据流函数ψ可得到：HSJ结论：当Γ

为常数，即指定蜗壳形成的环量，则有：蜗壳设计的另外一种方法：HSJ假定水流速度按Vu=const规律分布。优点：缺点：

对计算蜗壳的尾部有利。计算方法简单。

δ≠const，使导水机构进口环量不均匀引起机组径向力不平衡而降低机组的稳定性（对于大型机组不宜采用）。HSJ第三节蜗壳型式及主要参数的选择设计蜗壳应满足的要求：

保证水流在进入导水机构前形成一定的环量（即形成Vu

），其内的平均流速和局部流速不超过水流损失所容许的范围，同时保证蜗壳断面的尺寸不要过大。保证水流能轴对称地进入导水机构，流量沿导水机构圆周均匀分配。在主要工况下，水流皆以不大的冲角绕流导叶。

涡壳的尺寸、断面形状及其外形结构等，应满足水电站厂房布置和水轮机结构(如导水机构接力器和空放阀的布置)的要求。具有足够的强度。

一、涡壳的型式及其选择HSJ原则：H<40m时采用混凝土蜗壳。

水头H>40m时采用金属蜗壳（铸铁、铸钢或钢板）。

水头H>200m时，则采用铸钢蜗壳。

二、蜗壳主要参数的选择HSJ（一）蜗壳的断面形状及其变化规律

座环蝶形边的倾角

HSJ蜗壳所占位置的比较HSJ混凝土涡壳的断面形状HSJ(二)蜗壳包角的选择HSJ完全蜗壳和不完全蜗壳决定包角的因素结论：HSJ

对中高水头的混流式水轮机组，采用全包角的金属涡壳（135°~270°），因为决定机组间距的是发电机定子直径。对低水头大流量的电站(多采用轴流式水轮机)，其机组间距主要取决于涡壳的平面尺寸，故采用不完全涡壳。混凝土涡壳的包角HSJ水头H(m)包角<25135°-225°

25-40225°-270°

(三)涡壳进口断面流速Ve的确定

HSJVe大小对损失及机组尺寸的影响。对大型水轮机的涡壳，一般要进行专门的模型试验研究和综合技术经济比较来确定涡壳进口流速。第四节圆形断面涡壳的水力计算HSJ前提：选定了涡壳的型式、包角φ0及进口断面速度ve蜗壳水力计算的任务：给定设计水头Hr、设计流量Qr、导水机构高度b0及座环尺寸的条件下，确定涡壳各断面的形状和尺寸，并绘出涡壳单线图。涡壳单线图HSJ按照水流均匀进入导水机构的要求，流过涡壳任一断面的流量应为

HSJ任意断面的流量的截面图涡壳进口的流量HSJ涡壳进口断面面积涡壳进口断面半径按vur＝k的规律计算蜗壳圆形断面的尺寸

HSJ蜗壳任一圆形断面的半径ρi与φi的关系式来由？其中：问题：如何求出ai和常数c的值？？蜗壳与座环相连接的几何关系

HSJ常数c按进口断面的边界条件确定：

HSJxi与φ0i的关系，即ρi与φi的关系：圆形断面涡壳的水力计算步骤：HSJ确定涡壳包角φ00及进口断面流速ve

。计算进口断面半径ρmax

。根据水轮机设计手册确定座环尺寸。计算出amax，将ρmax、amax及φ00，确定常数c。选定计算断面数目，给出各计算断面的角度φ0i值，计算出各断面的ρi、ai及Ri值。

在ρ<S的情况下，蜗壳断面可采用椭圆形

HSJ关键是计算出ρi＝S断面的φi值：HSJ凡是的断面，都应采用椭圆断面！！第五节座环支柱的水力计算HSJ假定：近似认为支柱（固定导叶）的水流为平面流动。一、与完全蜗壳连接的座环支柱的水力设计1、支柱不改变水流环量

考虑到支柱的高度为B

HSJ根据流线方程：HSJ2、支柱改变水流环量

操作步骤：HSJ1、将涡壳出口水流角δ作为支柱进口角，而取导叶处于最大开度与最优开度之间的中间位置时的进口角αav作为支柱的出口角。2