第03章-引水部件的水力設(shè)計

水力機械現(xiàn)代設(shè)計方法華中科技大學(xué)能源與動力工程學(xué)院彭玉成(水機實驗室)上節(jié)課的主要內(nèi)容固定導(dǎo)葉的設(shè)計原理與方法等角螺線，或?qū)?shù)螺線數(shù)學(xué)表達式及推導(dǎo)弧長翼型加厚加厚方法切矢量分點法矢量1.求M到N的弧長2.求M到P的弧長3.插值求厚度本章內(nèi)容引水室的型式蝸殼中的水流運動（本章的重點）蝸殼主要參數(shù)的選擇圓形斷面蝸殼的水力計算座環(huán)支柱的水力計算引水室是反擊型水輪機的第一個過流部件。在水輪機工作過程中引水室的主要作用是：引水部件的功能：1.在安全、經(jīng)濟的條件下使水流均勻地進入葉輪。2.一般均要求引水室能使液流產(chǎn)生一定旋轉(zhuǎn)，使液流進入導(dǎo)水機構(gòu)時有一定的速度矩。

常見引水室的型式：金屬蝸殼式混凝土蝸殼式金屬蝸殼水輪機的引水部件引水室的型式其他形式的引水室-明槽式引水室立軸明槽式小型水輪機多采用明槽式引水室，主要特點是有和大氣接觸的自由水面，結(jié)構(gòu)簡單，多用磚、石、混凝土等構(gòu)成其他形式的引水室-明槽式引水室臥軸明槽式其他形式的引水室-燈泡貫流式蝸式引水室的優(yōu)點水力損失較小，結(jié)構(gòu)緊湊，克減少廠房尺寸和土建投資。封閉式，因此可用于各種水頭和流量的水輪機。其斷面從進口到尾部逐漸縮小，這樣不僅可以使水流在導(dǎo)水機構(gòu)前形成一定的環(huán)量，而且使水流沿整個圓周均勻地進入導(dǎo)水機構(gòu)，因此在反擊型水輪機中被廣泛應(yīng)用。吸水室離心泵：軸流泵：直錐形吸水室吸入喇叭管半螺旋形吸水室環(huán)形吸水室

直收縮管吸水室肘形吸水室鐘形吸水室泵的引水部件a)直錐管b)彎管c)肘管d)環(huán)形e)半螺旋形

泵吸入室的類型蝸殼中的水流運動Cu為絕對速度沿圓周方向的分量假定水流速度按Cu=const規(guī)律分布。優(yōu)點：缺點：

對計算蝸殼的尾部有利。計算方法簡單。使導(dǎo)水機構(gòu)進口環(huán)量不均勻引起機組徑向力不平衡而降低機組的穩(wěn)定性（對于大型機組不宜采用）。蝸殼設(shè)計的另外一種方法蝸殼中的流速分布及二次流動設(shè)計蝸殼應(yīng)滿足的要求

保證水流在進入導(dǎo)水機構(gòu)前形成一定的環(huán)量（即形成Cu

），其內(nèi)的平均流速和局部流速不超過水流損失所容許的范圍，同時保證蝸殼斷面的尺寸不要過大。保證水流能軸對稱地進入導(dǎo)水機構(gòu)，流量沿導(dǎo)水機構(gòu)圓周均勻分配。在主要工況下，水流皆以不大的沖角繞流導(dǎo)葉。蝸殼的尺寸、斷面形狀及其外形結(jié)構(gòu)等，應(yīng)滿足水電站廠房布置和水輪機結(jié)構(gòu)(如導(dǎo)水機構(gòu)接力器和空放閥的布置)的要求。具有足夠的強度。蝸殼的型式及其選擇-原則H<40m時采用混凝土蝸殼。水頭H>40m時采用金屬蝸殼（鑄鐵、鑄鋼或鋼板）。水頭H>200m時，則采用鑄鋼蝸殼。（一）蝸殼的斷面形狀及其變化規(guī)律

蝸殼主要參數(shù)的選擇座環(huán)蝶形邊的傾角蝸殼所占位置的比較混凝土蝸殼的斷面形狀(二)蝸殼包角的選擇完全蝸殼和不完全蝸殼決定包角的因素結(jié)論

對中高水頭的混流式水輪機組，采用全包角的金屬蝸殼（135°~270°），因為決定機組間距的是發(fā)電機定子直徑。對低水頭大流量的電站(多采用軸流式水輪機)，其機組間距主要取決于蝸殼的平面尺寸，故采用不完全蝸殼。水頭H(m)包角<25135°-225°25-40225°-270°混凝土蝸殼的包角(三)蝸殼進口斷面流速Ve的確定Ve大小對損失及機組尺寸的影響。對大型水輪機的蝸殼，一般要進行專門的模型試驗研究和綜合技術(shù)經(jīng)濟比較來確定蝸殼進口流速。前提：選定了蝸殼的型式、包角φ0及進口斷面速度ve蝸殼水力計算的任務(wù)：給定設(shè)計水頭Hr、設(shè)計流量Qr、導(dǎo)水機構(gòu)高度b0及座環(huán)尺寸的條件下，確定蝸殼各斷面的形狀和尺寸，并繪出蝸殼單線圖。圓形斷面蝸殼的水力計算蝸殼單線圖按照水流均勻進入導(dǎo)水機構(gòu)的要求，流過蝸殼任一斷面的流量應(yīng)為任意斷面的流量的截面圖蝸殼進口斷面面積蝸殼進口斷面半徑蝸殼進口的流量蝸殼任一圓形斷面的半徑ρi與φi的關(guān)系式其中：按vur＝k的規(guī)律計算蝸殼圓形斷面的尺寸蝸殼與座環(huán)相連接的幾何關(guān)系xi與φ0i的關(guān)系，即ρi與φi的關(guān)系：常數(shù)c按進口斷面的邊界條件確定確定蝸殼包角φ00及進口斷面流速ve

。計算進口斷面半徑ρmax

。根據(jù)水輪機設(shè)計手冊確定座環(huán)尺寸。計算出amax，將ρmax、amax及φ00，確定常數(shù)c。選定計算斷面數(shù)目，給出各計算斷面的角度φ0i值，計算出各斷面的ρi、ai及Ri值。圓形斷面蝸殼的水力計算步驟在ρ<S的情況下，蝸殼斷面可采用橢圓形凡是的斷面，都應(yīng)采用橢圓斷面?。ˇ裪＝S斷面的φi值假定：近似認(rèn)為支柱（固定導(dǎo)葉）的水流為平面流動。一、與完全蝸殼連接的座環(huán)支柱的水力設(shè)計1、支柱不改變水流環(huán)量

座環(huán)支柱的水力計算2、支柱改變水流環(huán)量1、將蝸殼出口水流角δ作為支柱進口角，而取導(dǎo)葉處于最大開度與最優(yōu)開度之間的中間位置時的進口角