基于Excel的水轮机金属蜗壳重量计算

２ 蜗壳展开 的常规方法 原理及 比较
现今钣金类展开放样 的方法很多 ， 现对 ３ 种常 用方法做简单介绍。
２１ 变径 异 形锥 管展 开 法 ．
图 １ 变径 异 形锥 管 展 开 图
２ 斜切圆锥管展开法 ． ２
将蜗壳分段件视为圆锥被某个 面截切 而成， 其
展开图可在正 圆锥展开 图中截去切缺部分后得出。 但是圆锥被斜截后， 各素线长度不再相等 。 如图 ２ 是
及 推 导
水 轮 机金 属蜗 壳 的进 、 出水断 面 按形 状 可分 为 圆断 面与 椭 圆断 面两 种 。 先 ， 金 属蜗 壳水 利 计 首 根据
同 ，上部 圆 中心在 下 部 圆面 的投 影 与下 部 圆 中心 同 心 ， 外 上 下两 截 面形 成 夹 角（ 此 即蜗 壳 分 段件 角） 。首 先 ，将上 下 部 的 圆分 别 以对 称 中 面 为基 准 各 自等分
１ 概 述
在水轮机蜗壳设计 中， 分为混凝土蜗壳与金属蜗
壳 。混凝土 蜗壳适用 于低水 头 电站水 轮机 ； 当机组 水
重 新对 ｌ— １ 蜗 壳分 段 角一 般 为 ２． － ５ 分 ４ ２ 节（ ２ 。 １。） ５
段件做逐个放样 ， 耗用的工时多， 劳动强度大。
头大于约 ４ 时， ０Ｔ Ｉ Ｉ 由于混凝土蜗壳无法承受过大的
第 ３ 卷第 ２期 １
２１ ０ ２年 ４月
红水 河
Ｈｏ ｇ ｈ ｉ ｖ ｒ ｎ Ｓ ｕ ｅ Ｒｉ
Ｖｏ． １， ｏ ２ １ ３ Ｎ ． Ａｐ ． ０ ２ ｒ １ ２
基于 Ｅ ｃｌ ｘｅ 的水轮机金属蜗壳重量计算
张 彪， 潘瑞森 ， 菲 罗
（ 南宁广发重工集团发电设备公司 ， 广西 南宁 ５ ０ ３ ） ３ ０ １
将蜗壳 分 段件 近似 展 开成 斜截 正 圆锥 管 。
按设计规定 的分段角将蜗壳壳体部分等分成若 干 个 分段 件 ，每个 分段 件 就是 一 段 圆或 椭 圆 断 面 的 的变 径异 形锥 管 ，再 由人 工对 若 干 个尺 寸 大 小 不 同
的变 径异 形 锥 管逐 个 放样 ， 出平 面 展 开 尺 寸样 板 ， 画 得 出每 个 分段件 形状 。 变径 异 形锥 管展 开 图见 图 ｌ 。 变径异 形锥 管 的展开 放样 法 是一 个 较复 杂 的方
图 ３ 逼 近 三 角 形 替 换 图
通 过 对 常 规 的 各 种 蜗 壳 展 开 方 法 的 了 解 和 比 较， 我们发现上述 ３ 种方法只能是通过大量的手工
作图、 时间的计算， 出一个接近值 ， 长 得 效率不高 ， 工 作量 大 。 由于水 电站 的装 机 台数 决 定 了水 轮机 蜗壳 的单一性， 无法进行批量生产， 这就使得蜗壳的展 开 放样 工 作 每做 一 个 电站 设 计 就 必须 重 新 做 图 ， 每 对 个 分 段件 做展 开 计算 所 消 耗 的时 间 、精 力等 非 常
水压， 常采用钢板焊接结构或铸钢结构 的金属蜗壳。 金属蜗壳的展开计算通常采用 ：变径异形锥管展开
法 、斜切圆锥管展开法和逼近三角形替换法等 ３ 种 方 法 。笔者根据 工作经 验， 中小型 的水 轮机蜗 壳计 在 算 中， 用 了一 种近 似双 梯 形展 开 法 ， 快捷 地 进 行 采 能 蜗壳 的展开、 重量计算， 采用 Ｅ ｃｌ ｘｅ辅助计算 ， 大大地 缩短了工作时间， 取得了令人满意的效果。
摘
要 ： 绍 了另一种 水轮机金 属蜗壳重量计算方法。 介 通过对三维 图形的分析， 采用类似放样展 开法， 计算蜗壳分段
件几何 面积， 而得 出蜗 壳各段 重量值 。 从
关键词 ： 水轮 机蜗壳 ； 壳重量 ； 蜗 计算方法 中图分类号 ：Ｋ ３ ． Ｔ ７ ０２ 文献标识码 ： Ｂ 文章编号 ：０ １ ４ ８ ２ １ ０ － ０ ９ ０ １０ — ０ Ｘ（０ ２）２ ０ ５ － ４
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红水河２ １ 年第 ２ ０２ 期
缺扇形由于蜗壳两断面间的差距微小 ， 造成做 图 时所 谓 的锥 体 顶 点将 非 常难 以找 到 。所 以 此方 法 在
实 际工作 中， 不 能很 好地 做 为蜗 壳 展 开 的计 算 。 并
图 ２ 以蜗壳第一断面外径 风一座环半径 Ｒ 是
做 为圆锥 形 的底， 别作 圆锥 的主视 图 和俯视 图。 分 在
俯视图中将底面圆周等分成若干分后， 进行投影做
出展 开 图。
法， 人工放样采用比较近似的几何作 图法， 最终作出的 平面展开图尺寸误差较大。 对于无法大批量生产的水 轮 机蜗 壳 来说 ， 生 产一 种新 产 品水轮 机 蜗壳 ， 要 每 就
由图 ２可 以看 出 。斜 切 圆锥 管展 开法 所得 到 的
展开图形是一个很难用手 工直接计算得出数据的残
收稿 日期 ：０ １ ｏ — ７： 回 日期 ：０ １ １— ２ ２１—９ｏ 修 ２ １ － ２ ２
作者简介 ： ￣（ ８－． 广西南宁人。 张 １ ｏ） ９ 男。 助理工程师。 主要从事水轮机选型设计工作，－ ａ：ｈｎｂ ｏ １２０ ６． ｍ。 Ｅ ｍ ｉ ｚ ｇｉ ９１２￣１３ ｏ ｌ ａ ａ ｃ
为若干等分， 然后一上一下依次连接各等分 点， 到 得 直 线 Ｊ 、Ｂ Ｂ 、Ｃ ｆ ； 后 分 别 用 每 条 直 线 和 ４ ａ 、 ｂ Ｊ …Ｌ、 之 ａ ｂ
下 部 圆心 确 定 的平 面分 割 面，得 到 ２ ４个 三 角 曲 面
元； 同时也 得 到 与之相 对 应 的 ２ ４个 平 面三 角形 。这
一
图 ２ 斜切 圆锥管展开 图
大。 同样是近似的展开图形， 能不能找到一种既简单 快速又能重复使用于实际工作 的计算方法， 这是笔 者研 究 的方 向。
２３ 逼 近三 角形 替 换法 ．
如 图 ３所 示 ， 中斜 锥 台上 下 均 为 圆 ， 直 径 不 图 但
３ 近似双梯形展 开法 的三维展 开分析