蜗壳的作用、型式、主要尺寸的选择与计算
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的冲刷。
第 一 第节二蜗章壳水的轮型机式的蜗及壳其、主尾要水参管和数气选蚀择
二、蜗壳的型式及其主要参数选择
1、蜗壳的型式
（1）混凝土蜗壳：钢筋混凝土，钢板衬砌，预应力混凝土， 适用于大、中型低水头水电站，河床式水电站，H≤40m(钢 板衬砌，预应力混凝土时，H≤80m,)；
（2）金属蜗壳：H＞40m，厚度由进口到鼻端从大到小 a. 焊接：适用于尺寸较大的中、低水头混流式水轮机， 适用较广，全埋，上加软性层； b. 铸焊：D1＜3m的高水头混流式水轮机； c. 铸造：同铸焊。刚度大，不全埋，直接承重，减低 厂房高度。
a ,b,m ,n及R0
（依据不同型式）
（2）确定中间断面得顶角点、底角点变化规律
顶角点AG线： ni k1ai
底角点CH线： mi k2ai
直线变化
k1，k2系数，可由进口断面
k1
n a
,k2
m a
尺寸确定。
第 一 第节二蜗章壳水的轮型机式的蜗及壳其、主尾要水参管和数气选蚀择
（3）绘制 f (辅R助) 曲线 外半径 Ri ai Ri ra
2、金属蜗壳的水力计算
通过任一断面i 的流量为： Qi Qmaxi / 360
（ i ：从蜗壳鼻端至断面i 的包角）
又 Vu C Vc 的假定
∴断面半径
i
Qi
Vc
Qmax i 360Vc
断面中心矩： ai ra i 断面外半径：Ri ra 2i
对进口断面，将 i 代入0 公式
Q0 , ，0 , a即0和得R0。值
注意：混凝土蜗壳导水机构的非对称入流，可能控制厂房的 尺寸；进口断面为非蜗形流道，水流从引水道直接进入座环 和导叶，加重了导叶的负担，固定导叶需专门设计。
第 一 第节二蜗章壳水的轮型机式的蜗及壳其、主尾要水参管和数气选蚀择
4、蜗壳进口断面的平均流速VC
Vc 1/Ac, 对于相同的过流量，VC大，则蜗壳断面Ac小，但水力
之间的夹角。
• 金属蜗壳：过流量小， 水头大，允许流速大， 其外形尺寸对厂房造价 影响较小 0=3450
第 一 第节二蜗章壳水的轮型机式的蜗及壳其、主尾要水参管和数气选蚀择
3、蜗壳的包角 0：从蜗壳鼻端至蜗壳进口断面
之间的夹角。
• 混凝土蜗壳：过流量大， 水头小，流速小，对土 建投资影响大， 0=1800~2700
注：a、进口宽度B=R0+D1；
b、鼻端附近由模型试验研究确定。
第 一 第节二蜗章壳水的轮型机式的蜗及壳其、主尾要水参管和数气选蚀择
第 一 第节二蜗章壳水的轮型机式的蜗及壳其、主尾要水参管和数气选蚀择
2、蜗壳的断面形式
➢ 金属蜗壳：圆形（进口断面）、
椭圆形，以改善其受力条件， 与蝶形边座环焊接，=550。
第 一 第节二蜗章壳水的轮型机式的蜗及壳其、主尾要水参管和数气选蚀择
第 一 第节二蜗章壳水的轮型机式的蜗及壳其、主尾要水参管和数气选蚀择
（2）圆周分速度
Vu
：沿径向的变化有两种假定
a. Vu.R=K（K为蜗壳常数）保证水流环量分布满足
均匀、轴对称的要求
b. Vu=C不能保证水流环量分布满足均匀、轴对称的 要求，影响稳定性，但减小了水头损失。
第 一 第节二蜗章壳水的轮型机式的蜗及壳其、主尾要水参管和数气选蚀择
第二章 水轮机的蜗壳、尾水管和气蚀
第一节 蜗壳的型式及其主要参数选择
第 一 第节二蜗章壳水的轮型机式的蜗及壳其、主尾要水参管和数气选蚀择
一、蜗壳设计的基本要求
1、过水表面应光滑、平顺、水力损失小； 2、保证水流均匀、轴对称地进入导水机构； 3、水流在进入导水机构前应具有一定的环量，以
有较小的冲角，减小水力损失； 4、断面形状和尺寸合理； 5、强度保证、材料合适、结构可靠，以抵抗水流
2、蜗壳的断面形式
➢混凝土蜗壳：梯形断面
➢m≥n：减低厂房高度， 缩短主轴长度
第 一 第节二蜗章壳水的轮型机式的蜗及壳其、主尾要水参管和数气选蚀择
• 混凝土蜗壳进口断面形状选择：
（1）δ一般为20°~30°， 常取δ=30°；
（2）当n=0时，γ=10°~15°，
b/a=1.5~1.7，可达 2.0；
可求出对应每一个Ri中间断面的尺寸 ai ,ni ,mi及
bi b0 ni mi
中间断面面积为
Fi aibi
i
12Fm00 Fi2tig
1 2
ni2tg (i 1,2,.....) ( i 1,2,3 )
第 一 第节二蜗章壳水的轮型机式的蜗及壳其、主尾要水参管和数气选蚀择
（4）绘制出蜗壳断面单线图和蜗壳平面单线图
损失增大。由水轮机设计水头Hr从图2-8中查取。
一般情况下，可取图中 的中间值；金属或钢衬混凝 土蜗壳，可取上限值；布置 不受限制时可取下限值。但 Vc≥引水道中的流速。
第 一 第节二蜗章壳水的轮型机式的蜗及壳其、主尾要水参管和数气选蚀择
三、蜗壳的水力计算
水力计算 确定
蜗壳各断面的几何形状和
尺寸
绘制蜗壳平
百度文库
面和断面单线图。
已知条件：Hr、Qmax、b0、 Da、Db，蜗壳类型，
0、Vc 。
第 一 第节二蜗章壳水的轮型机式的蜗及壳其、主尾要水参管和数气选蚀择
1、蜗壳中的水流运动 V Vr Vu
（1）径向分速度 V：r
Vr
Qmax
Dab0
constant
（水流必须均匀地、 轴对称地进入导水机构）
第 一 第节二蜗章壳水的轮型机式的蜗及壳其、主尾要水参管和数气选蚀择
注：a、一般以45o间隔选取不同断面计算 ； b、接近鼻端应以等面积原则修正为椭圆。
第 一 第节二蜗章壳水的轮型机式的蜗及壳其、主尾要水参管和数气选蚀择
3、混凝土蜗壳的水力计算 （1）确定进口断面尺寸
F0
Q0 Vc
Qmax 0
360Vc
（3）当m＞n时，γ=10°~20°，
(b-n)/a=1.2~1.7，可达1.85；
（4）当m≤n时，γ=25°~35°，
(b-m)/a=1.2~1.7，可达1.85；
中间断面形状的确定： 直线过渡或抛物线过渡。
第 一 第节二蜗章壳水的轮型机式的蜗及壳其、主尾要水参管和数气选蚀择
3、蜗壳的包角 0：从蜗壳鼻端至蜗壳进口断面
第 一 第节二蜗章壳水的轮型机式的蜗及壳其、主尾要水参管和数气选蚀择
二、蜗壳的型式及其主要参数选择
1、蜗壳的型式
（1）混凝土蜗壳：钢筋混凝土，钢板衬砌，预应力混凝土， 适用于大、中型低水头水电站，河床式水电站，H≤40m(钢 板衬砌，预应力混凝土时，H≤80m,)；
（2）金属蜗壳：H＞40m，厚度由进口到鼻端从大到小 a. 焊接：适用于尺寸较大的中、低水头混流式水轮机， 适用较广，全埋，上加软性层； b. 铸焊：D1＜3m的高水头混流式水轮机； c. 铸造：同铸焊。刚度大，不全埋，直接承重，减低 厂房高度。
a ,b,m ,n及R0
（依据不同型式）
（2）确定中间断面得顶角点、底角点变化规律
顶角点AG线： ni k1ai
底角点CH线： mi k2ai
直线变化
k1，k2系数，可由进口断面
k1
n a
,k2
m a
尺寸确定。
第 一 第节二蜗章壳水的轮型机式的蜗及壳其、主尾要水参管和数气选蚀择
（3）绘制 f (辅R助) 曲线 外半径 Ri ai Ri ra
2、金属蜗壳的水力计算
通过任一断面i 的流量为： Qi Qmaxi / 360
（ i ：从蜗壳鼻端至断面i 的包角）
又 Vu C Vc 的假定
∴断面半径
i
Qi
Vc
Qmax i 360Vc
断面中心矩： ai ra i 断面外半径：Ri ra 2i
对进口断面，将 i 代入0 公式
Q0 , ，0 , a即0和得R0。值
注意：混凝土蜗壳导水机构的非对称入流，可能控制厂房的 尺寸；进口断面为非蜗形流道，水流从引水道直接进入座环 和导叶，加重了导叶的负担，固定导叶需专门设计。
第 一 第节二蜗章壳水的轮型机式的蜗及壳其、主尾要水参管和数气选蚀择
4、蜗壳进口断面的平均流速VC
Vc 1/Ac, 对于相同的过流量，VC大，则蜗壳断面Ac小，但水力
之间的夹角。
• 金属蜗壳：过流量小， 水头大，允许流速大， 其外形尺寸对厂房造价 影响较小 0=3450
第 一 第节二蜗章壳水的轮型机式的蜗及壳其、主尾要水参管和数气选蚀择
3、蜗壳的包角 0：从蜗壳鼻端至蜗壳进口断面
之间的夹角。
• 混凝土蜗壳：过流量大， 水头小，流速小，对土 建投资影响大， 0=1800~2700
注：a、进口宽度B=R0+D1；
b、鼻端附近由模型试验研究确定。
第 一 第节二蜗章壳水的轮型机式的蜗及壳其、主尾要水参管和数气选蚀择
第 一 第节二蜗章壳水的轮型机式的蜗及壳其、主尾要水参管和数气选蚀择
2、蜗壳的断面形式
➢ 金属蜗壳：圆形（进口断面）、
椭圆形，以改善其受力条件， 与蝶形边座环焊接，=550。
第 一 第节二蜗章壳水的轮型机式的蜗及壳其、主尾要水参管和数气选蚀择
第 一 第节二蜗章壳水的轮型机式的蜗及壳其、主尾要水参管和数气选蚀择
（2）圆周分速度
Vu
：沿径向的变化有两种假定
a. Vu.R=K（K为蜗壳常数）保证水流环量分布满足
均匀、轴对称的要求
b. Vu=C不能保证水流环量分布满足均匀、轴对称的 要求，影响稳定性，但减小了水头损失。
第 一 第节二蜗章壳水的轮型机式的蜗及壳其、主尾要水参管和数气选蚀择
第二章 水轮机的蜗壳、尾水管和气蚀
第一节 蜗壳的型式及其主要参数选择
第 一 第节二蜗章壳水的轮型机式的蜗及壳其、主尾要水参管和数气选蚀择
一、蜗壳设计的基本要求
1、过水表面应光滑、平顺、水力损失小； 2、保证水流均匀、轴对称地进入导水机构； 3、水流在进入导水机构前应具有一定的环量，以
有较小的冲角，减小水力损失； 4、断面形状和尺寸合理； 5、强度保证、材料合适、结构可靠，以抵抗水流
2、蜗壳的断面形式
➢混凝土蜗壳：梯形断面
➢m≥n：减低厂房高度， 缩短主轴长度
第 一 第节二蜗章壳水的轮型机式的蜗及壳其、主尾要水参管和数气选蚀择
• 混凝土蜗壳进口断面形状选择：
（1）δ一般为20°~30°， 常取δ=30°；
（2）当n=0时，γ=10°~15°，
b/a=1.5~1.7，可达 2.0；
可求出对应每一个Ri中间断面的尺寸 ai ,ni ,mi及
bi b0 ni mi
中间断面面积为
Fi aibi
i
12Fm00 Fi2tig
1 2
ni2tg (i 1,2,.....) ( i 1,2,3 )
第 一 第节二蜗章壳水的轮型机式的蜗及壳其、主尾要水参管和数气选蚀择
（4）绘制出蜗壳断面单线图和蜗壳平面单线图
损失增大。由水轮机设计水头Hr从图2-8中查取。
一般情况下，可取图中 的中间值；金属或钢衬混凝 土蜗壳，可取上限值；布置 不受限制时可取下限值。但 Vc≥引水道中的流速。
第 一 第节二蜗章壳水的轮型机式的蜗及壳其、主尾要水参管和数气选蚀择
三、蜗壳的水力计算
水力计算 确定
蜗壳各断面的几何形状和
尺寸
绘制蜗壳平
百度文库
面和断面单线图。
已知条件：Hr、Qmax、b0、 Da、Db，蜗壳类型，
0、Vc 。
第 一 第节二蜗章壳水的轮型机式的蜗及壳其、主尾要水参管和数气选蚀择
1、蜗壳中的水流运动 V Vr Vu
（1）径向分速度 V：r
Vr
Qmax
Dab0
constant
（水流必须均匀地、 轴对称地进入导水机构）
第 一 第节二蜗章壳水的轮型机式的蜗及壳其、主尾要水参管和数气选蚀择
注：a、一般以45o间隔选取不同断面计算 ； b、接近鼻端应以等面积原则修正为椭圆。
第 一 第节二蜗章壳水的轮型机式的蜗及壳其、主尾要水参管和数气选蚀择
3、混凝土蜗壳的水力计算 （1）确定进口断面尺寸
F0
Q0 Vc
Qmax 0
360Vc
（3）当m＞n时，γ=10°~20°，
(b-n)/a=1.2~1.7，可达1.85；
（4）当m≤n时，γ=25°~35°，
(b-m)/a=1.2~1.7，可达1.85；
中间断面形状的确定： 直线过渡或抛物线过渡。
第 一 第节二蜗章壳水的轮型机式的蜗及壳其、主尾要水参管和数气选蚀择
3、蜗壳的包角 0：从蜗壳鼻端至蜗壳进口断面