蜗壳与尾水管设计

水电站作业

09水工专二班

05 段良伟

水电站水轮机中混凝土蜗壳和尾水管设计

Ⅰ.资料：某水电站的水轮机，转轮直径1D =2.25m ，设计水头p H =9.4m ，设计流量

T Q =24.5s m 3，座环高度0b =0.41D ，外径a D =3.89m ，内径b D =2.96m ，设计蜗壳和尾水管，要求：①选混凝土蜗壳，0ϕ=180º；②

a m

b -=1.5， a

b

=2，1δ=30º，2δ=15º；③绘制蜗壳平面图时，每15º取一个断面；④尾水管选弯肘型(ZD)水轮机。

Ⅱ.设计混凝土蜗壳

(1)进口断面面积及尺寸，进口断面流速1v =c a H =0.8724.9=2.67s m ，进口断面

流量0Q =

0360ϕT Q =1803605.24⨯=12.25s m 3，进口断面面积)(59.467

.225

.122101m v Q F === 根据几何关系，进口断面面积满足以下式

2

11112

1n b a F -=tan 1δ2

121m -tan 2δ+0)(b r r b a -

1

1

a b =2 1

1

1a m b -=1.5 1011b b n m =++

解上式得1a =1.6m ，1b =3.2m ，1m =0.8m ，1n =1.5m 。 中间断面尺寸，顶角d 的变化规律采用抛物线轨迹，则

5

.16.11

11=

=

n a k =1.306 ， 8

.06.11

12=

=

m a k =1.789

1) 在1R 至a R 之间设不同的i R ，求出i a 与i n 、i m ，计算见表1-1，

中间断面尺寸计算（表1-1）

i R 3.34 3.02 2.7 2.61 2.49 2.38 2.22 2.06 1.95 1.85 1.74 1.48 备注

i a

1.6

1.28 0.96 0.87 0.75 0.64 0.48 0.32 0.21 0.11

a i i r R a -=

i n 1.5 0.96 0.54 0.44 0.33 0.24 0.13 0.06 0.03 0.01

2

1⎪⎪⎭

⎫ ⎝⎛=k a m i i

i m 0.8 0.51 0.29 0.24 0.18 0.13 0.07 0.03 0.01 0.01

2

2⎪⎪⎭

⎫

⎝⎛=k a n i

i 2) 求积分dr r

r b s i

b

R r i ⎰

=)

(，列表计算如表1-2。 i s 计算表（表1-2）

1

r(m) 3.34 3.02 2.70 2.61 2.49 2.38 2.22 2.06 1.95 1.85 1.74 1.48 S 1

b(m) 3.20

3.20 3.20 3.20 2.99 2.81 2.53 2.25 2.07 1.49 0.90 0.90 1.86

b/r 0.96 1.06 1.19 1.23 1.2 1.18 1.14 1.09 1.06 0.81 0.52 0.61

2

r(m) 3.02 2.7 2.61 2.49 2.38 2.22 2.06 1.95 1.85 1.74 1.48 S 2

b(m) 2.37

2.37 2.37 2.37 2.37 2.24 1.96 1.78 1.49 0.90 0.90 1.29

b/r 0.78 0.88 0.91 0.95 1.00 1.00 0.95 0.91 0.81 0.52 0.61

3

r(m) 2.7 2.61 2.49 2.38 2.22 2.06 1.95 1.85 1.74 1.48 S 3

b(m) 1.73

1.73 1.73 1.73 1.73 1.73 1.56 1.38 0.9 0.9 0.86

b/r 0.64 0.66 0.69 0.73 0.78 0.84 0.8 0.75 0.52 0.61

4

r(m) 2.61 2.49 2.38 2.22 2.06 1.95 1.85 1.74 1.48 S 4

b(m) 1.58

1.58 1.58 1.58 1.58 1.51 1.32 0.90 0.90 0.75

b/r 0.61 0.63 0.66 0.71 0.77 0.77 0.71 0.52 0.61

5

r(m) 2.49 2.38 2.22 2.06 1.95 1.85 1.74 1.48 S 5

b(m) 1.41

1.41 1.41 1.41 1.41 1.27 0.9 0.9 0.63

b/r 0.57 0.59 0.64 0.68 0.72 0.69 0.52 0.61

6 r(m) 2.38 2.22 2.06 1.95 1.85 1.74 1.48 S 6

b(m) 1.27

1.27 1.27 1.27 1.22 0.90 0.90 0.53

b/r 0.53 0.57 0.62 0.65 0.66 0.52 0.61

7

r(m)

2.22

2.06

1.95

1.85

1.74

1.48

S 7