蜗壳计算.doc

第二节 蜗壳计算
一、 蜗壳形式、进口断面参数选择
1、蜗壳形式选择
由于应力强度的限制，钢筋混凝土的蜗壳只能在40m水头以下的电站中采用，而对于40m以上水头的电站来说，只能采用金属蜗壳。
根据原始资料，本次设计电站的最大水头为95m，故应选择金属蜗壳。
2、蜗壳进口断面参数选择
（1） 包角的选择
混凝土蜗壳包角通常选择在之间，而金属蜗壳的包角通常在之间，故选取包角。
（2） 选择进口断面平均流速
进口断面平均流速可以选择大一些，这样可以减小蜗壳尺寸，但过大的增加又会增加损失从而降低水轮机效率，减少水轮机的输出功率，故应尽量合理选择。
= ＝0.86=7.74（m/s） 参【1】P119
K为蜗壳的流速系数，与水头有关，查得0.86 参【2】P120 图（5-14）
H为水轮机设计水头。
（3） 确定进口断面的流量
计算公式如下：

=1.2474.5
=217.8 m/m 参考【2】P124
0为进口断面的包角。
（4）计算进口断面面积
计算公式如下：
==28.14 ㎡/s
（5）计算进口断面半径
计算公式如下：
==3 m 参考【2】P124
（6）确定座环内外径D、D
参考【2】P128表2-16
（7）　确定碟形边锥角
由座环工艺决定，一般取。
（8）计算碟形边高度h
计算公式如下：

=1.26/2+0.15
=0.9m
b =4.50.28=1.26 m
（9）计算碟形边半径
计算公式如下：
=7.15/2+0.15=3.72 m
固定导叶外切圆半径ra = D/2=7.15/2=3.58 m
（10）确定进口断面的中心距α
计算公式如下：
==6.55 m
（11） 计算进口断面的外半径
计算公式如下：
=6.55+3=9.55 m
（12）计算蜗壳系数C
计算公式如下：
参考【2】P124公式2-5。
对于整个蜗壳，C是一个常数。
=474
（13） 计算圆形断面与椭圆形断面的分界角
圆形断面与椭圆形断面分界的方法有两种，两种方法算出来是相对应的。
① 、分界角计算法：

公式如下：

=
=
包角大于分界角的断面为圆形断面，包角小于分界角的断面为椭圆形断面。
② 内切圆半径比较法：
内切圆半径S=h／cos=0.9／cos55=1.569，与计算的进行比较，＞S时为圆形断面，
＜S时为椭圆形断面。
进口断面参数计算结果见表1-2-1如示：

表1-2-1 蜗壳进口参数计算表
参数
公式
数据
包角

进口断面平均流速
参考【2】P117图2-22（㎡/s）
7.74
进口断面的流量
(m3/s)
217.8
进口断面面积
(㎡)
28.14

进口断面半径
(m)
3
座环内外径
参考【2】P128表2-16 (m)

7.15
座环内外径
参考【2】P128表2-16 (m)

6
碟形边锥角
由座环工艺决定

碟形边高度h
(m)
0.9
碟形边半径
(m)
3.72
固定导叶外切圆半径ra
ra=Da/2
3.58
进口断面的中心距
(m)
6.55
进口断面的外半径
(m)
9.55

蜗壳系数C

474
断面分界角

二、蜗壳各断面参数计算
根据表1-2-1所得的数据，将蜗壳断面分为两部分，一部分为圆形断面，另一部分为椭圆形断面。=，包角大于分界角的断面为圆形断面，包角小于分界角的断面为椭圆形断面，现分别对两种断面进行计算。

1、圆形断面参数计算
求得蜗壳参数 C 之后便可对断面参数进行列表计算，按照参考【1】P122 图 5-18 所提供的几何关系，可列表计算下列各参数：
（1）　计算x
计算公式：
参考【1】P123公式5-12
其中的变化值为。
（2）　圆断面的半径
计算公式： 参考【1】P123公式5-12
（3） 圆断面的中心距
计算公式： 参考【1】P123公式5-12

（4） 圆断面的外半径
计算公式： 参考【1】P123公式5-12
圆形断面各参数计算结果见表格

2、椭圆形断面参数计算
按照参考【1】P123 图 5-19 所提供的几何关系，可列表计算下列各参数：
（1） 与圆的同等面积A及半径
计算公式如下：
面积
半径 参考【1】P123公式5-43至5-16
=3.58-2.43=1.15
=3.72-0.9/tg55=2.43
（2） 椭圆断面的短半径
计算公式如下：
参考【1】P123公式5-13
（3）　椭圆断面的长半径
计算公式如下：
参考【1】P123公式5-14
=0.9/sin55=1.1 参考【1】P123公式5-14
（4） 椭圆断面的中心距
计算公式如下：
参考【1】P123公式5-15
=4.05-0.9/tg55=3.42
（5） 椭圆断面的外半径
计算公式如下：
参考【1】P123公式5-16

三、蜗壳单线图的绘制
根据圆形断面计算结果和椭圆形断面计算结果所得的断面中心距和外半径，在坐标纸上描出蜗壳的中心距和外半径的轨迹，并用光滑的曲线将各点连接起来。蜗壳单线图见附图