水轮机结构蜗壳及尾水管PPT课件
合集下载
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
• 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=(0.1~0.15) B5 • 顶板 α=10°~13°，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。
• 铸钢蜗壳：H>200m时，钢板太厚，不易焊接，与座环一起铸造而成的铸钢蜗壳，
难 。 其 运 输 困
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) m>n：下伸式 (3) m<n：上伸式 (4) n=0：平顶蜗壳 • 中间断面：
(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
F F 中间断面。
(4) 测算出各断面的面积，绘出：cF = 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。
3600Vc
R r 2 由 (i)此确可定以φ绘0 出和i 蜗VC壳；平3Q6面0m图0aVx单Ci线
图
。
其
步
骤
为：
i
a
i
(ii) 求Fc、ρmax、Rmax；
(iii) 由φi确定Fi、ρi、Ri。
第13页/共25页
(2) 混凝土蜗壳的水力计算(半解析法)
第14页/共25页
(1) 按进口流速求进口断面积；
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H>40m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H>40m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。
•
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。
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
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。 Vc↑→Fc↓→hw↑；Vc↓→Fc↑→hw↓；
一般由Hr~VC曲线确定VC
Qc
Qmax 360
0
V c c Hr
第7页/共25页
金属蜗壳流速系数
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H中
, Q 的 运 动 规 律
r
max
,
b0
0 ,Vc
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 。
• 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，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°
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→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
第11页/共25页
(i) 蜗壳进口断面：
•
Fc
断面半径：
Qc Vc
Qmax 0
3 6 00 Vc
max
• 从轴心线到蜗壳外缘半径：
Fc
Qmax0 3 6 00 VC
Rmax ra 2max
第12页/共25页
(ii) 中间断面(
) i
Qi
i
360 0
Qmax
Fi
Qi Vu
Qmaxi
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
第5页/共25页
混凝土蜗壳
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
感谢您的观看！
第25页/共25页
Fi
Qi Vu
Qmaxi
3 6 00Vc
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
第17页/共25页
常见尾水管的形式
弯锥形
弯肘形
第18页/共25页
弯肘型尾水管
Vr
Qmax
Da b0
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) 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
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，h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、L(目前国内最长取到L=108D1)，但需要
论证转轮出口的真空度和机组的抬机可能性。
第24页/共25页
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=(0.1~0.15) B5 • 顶板 α=10°~13°，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。
• 铸钢蜗壳：H>200m时，钢板太厚，不易焊接，与座环一起铸造而成的铸钢蜗壳，
难 。 其 运 输 困
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) m>n：下伸式 (3) m<n：上伸式 (4) n=0：平顶蜗壳 • 中间断面：
(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
F F 中间断面。
(4) 测算出各断面的面积，绘出：cF = 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。
3600Vc
R r 2 由 (i)此确可定以φ绘0 出和i 蜗VC壳；平3Q6面0m图0aVx单Ci线
图
。
其
步
骤
为：
i
a
i
(ii) 求Fc、ρmax、Rmax；
(iii) 由φi确定Fi、ρi、Ri。
第13页/共25页
(2) 混凝土蜗壳的水力计算(半解析法)
第14页/共25页
(1) 按进口流速求进口断面积；
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H>40m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H>40m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。
•
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。
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
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。 Vc↑→Fc↓→hw↑；Vc↓→Fc↑→hw↓；
一般由Hr~VC曲线确定VC
Qc
Qmax 360
0
V c c Hr
第7页/共25页
金属蜗壳流速系数
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H中
, Q 的 运 动 规 律
r
max
,
b0
0 ,Vc
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 。
• 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，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°
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→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
第11页/共25页
(i) 蜗壳进口断面：
•
Fc
断面半径：
Qc Vc
Qmax 0
3 6 00 Vc
max
• 从轴心线到蜗壳外缘半径：
Fc
Qmax0 3 6 00 VC
Rmax ra 2max
第12页/共25页
(ii) 中间断面(
) i
Qi
i
360 0
Qmax
Fi
Qi Vu
Qmaxi
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
第5页/共25页
混凝土蜗壳
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
感谢您的观看！
第25页/共25页
Fi
Qi Vu
Qmaxi
3 6 00Vc
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
第17页/共25页
常见尾水管的形式
弯锥形
弯肘形
第18页/共25页
弯肘型尾水管
Vr
Qmax
Da b0
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) 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
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，h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、L(目前国内最长取到L=108D1)，但需要
论证转轮出口的真空度和机组的抬机可能性。
第24页/共25页