水力機(jī)械現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力工程學(xué)院彭玉成(水機(jī)實(shí)驗(yàn)室)上節(jié)課的主要內(nèi)容固定導(dǎo)葉的設(shè)計(jì)原理與方法等角螺線，或?qū)?shù)螺線數(shù)學(xué)表達(dá)式及推導(dǎo)弧長(zhǎng)翼型加厚加厚方法切矢量分點(diǎn)法矢量1.求M到N的弧長(zhǎng)2.求M到P的弧長(zhǎng)3.插值求厚度本章內(nèi)容引水室的型式蝸殼中的水流運(yùn)動(dòng)（本章的重點(diǎn)）蝸殼主要參數(shù)的選擇圓形斷面蝸殼的水力計(jì)算座環(huán)支柱的水力計(jì)算引水室是反擊型水輪機(jī)的第一個(gè)過流部件。在水輪機(jī)工作過程中引水室的主要作用是：引水部件的功能：1.在安全、經(jīng)濟(jì)的條件下使水流均勻地進(jìn)入葉輪。2.一般均要求引水室能使液流產(chǎn)生一定旋轉(zhuǎn)，使液流進(jìn)入導(dǎo)水機(jī)構(gòu)時(shí)有一定的速度矩。

常見引水室的型式：金屬蝸殼式混凝土蝸殼式金屬蝸殼水輪機(jī)的引水部件引水室的型式其他形式的引水室-明槽式引水室立軸明槽式小型水輪機(jī)多采用明槽式引水室，主要特點(diǎn)是有和大氣接觸的自由水面，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，多用磚、石、混凝土等構(gòu)成其他形式的引水室-明槽式引水室臥軸明槽式其他形式的引水室-燈泡貫流式蝸式引水室的優(yōu)點(diǎn)水力損失較小，結(jié)構(gòu)緊湊，克減少廠房尺寸和土建投資。封閉式，因此可用于各種水頭和流量的水輪機(jī)。其斷面從進(jìn)口到尾部逐漸縮小，這樣不僅可以使水流在導(dǎo)水機(jī)構(gòu)前形成一定的環(huán)量，而且使水流沿整個(gè)圓周均勻地進(jìn)入導(dǎo)水機(jī)構(gòu)，因此在反擊型水輪機(jī)中被廣泛應(yīng)用。吸水室離心泵：軸流泵：直錐形吸水室吸入喇叭管半螺旋形吸水室環(huán)形吸水室

直收縮管吸水室肘形吸水室鐘形吸水室泵的引水部件a)直錐管b)彎管c)肘管d)環(huán)形e)半螺旋形

泵吸入室的類型蝸殼中的水流運(yùn)動(dòng)Cu為絕對(duì)速度沿圓周方向的分量假定水流速度按Cu=const規(guī)律分布。優(yōu)點(diǎn)：缺點(diǎn)：

對(duì)計(jì)算蝸殼的尾部有利。計(jì)算方法簡(jiǎn)單。使導(dǎo)水機(jī)構(gòu)進(jìn)口環(huán)量不均勻引起機(jī)組徑向力不平衡而降低機(jī)組的穩(wěn)定性（對(duì)于大型機(jī)組不宜采用）。蝸殼設(shè)計(jì)的另外一種方法蝸殼中的流速分布及二次流動(dòng)設(shè)計(jì)蝸殼應(yīng)滿足的要求

保證水流在進(jìn)入導(dǎo)水機(jī)構(gòu)前形成一定的環(huán)量（即形成Cu

），其內(nèi)的平均流速和局部流速不超過水流損失所容許的范圍，同時(shí)保證蝸殼斷面的尺寸不要過大。保證水流能軸對(duì)稱地進(jìn)入導(dǎo)水機(jī)構(gòu)，流量沿導(dǎo)水機(jī)構(gòu)圓周均勻分配。在主要工況下，水流皆以不大的沖角繞流導(dǎo)葉。蝸殼的尺寸、斷面形狀及其外形結(jié)構(gòu)等，應(yīng)滿足水電站廠房布置和水輪機(jī)結(jié)構(gòu)(如導(dǎo)水機(jī)構(gòu)接力器和空放閥的布置)的要求。具有足夠的強(qiáng)度。蝸殼的型式及其選擇-原則H<40m時(shí)采用混凝土蝸殼。水頭H>40m時(shí)采用金屬蝸殼（鑄鐵、鑄鋼或鋼板）。水頭H>200m時(shí)，則采用鑄鋼蝸殼。（一）蝸殼的斷面形狀及其變化規(guī)律

蝸殼主要參數(shù)的選擇座環(huán)蝶形邊的傾角蝸殼所占位置的比較混凝土蝸殼的斷面形狀(二)蝸殼包角的選擇完全蝸殼和不完全蝸殼決定包角的因素結(jié)論

對(duì)中高水頭的混流式水輪機(jī)組，采用全包角的金屬蝸殼（135°~270°），因?yàn)闆Q定機(jī)組間距的是發(fā)電機(jī)定子直徑。對(duì)低水頭大流量的電站(多采用軸流式水輪機(jī))，其機(jī)組間距主要取決于蝸殼的平面尺寸，故采用不完全蝸殼。水頭H(m)包角<25135°-225°25-40225°-270°混凝土蝸殼的包角(三)蝸殼進(jìn)口斷面流速Ve的確定Ve大小對(duì)損失及機(jī)組尺寸的影響。對(duì)大型水輪機(jī)的蝸殼，一般要進(jìn)行專門的模型試驗(yàn)研究和綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較來確定蝸殼進(jìn)口流速。前提：選定了蝸殼的型式、包角φ0及進(jìn)口斷面速度ve蝸殼水力計(jì)算的任務(wù)：給定設(shè)計(jì)水頭Hr、設(shè)計(jì)流量Qr、導(dǎo)水機(jī)構(gòu)高度b0及座環(huán)尺寸的條件下，確定蝸殼各斷面的形狀和尺寸，并繪出蝸殼單線圖。圓形斷面蝸殼的水力計(jì)算蝸殼單線圖按照水流均勻進(jìn)入導(dǎo)水機(jī)構(gòu)的要求，流過蝸殼任一斷面的流量應(yīng)為任意斷面的流量的截面圖蝸殼進(jìn)口斷面面積蝸殼進(jìn)口斷面半徑蝸殼進(jìn)口的流量蝸殼任一圓形斷面的半徑ρi與φi的關(guān)系式其中：按vur＝k的規(guī)律計(jì)算蝸殼圓形斷面的尺寸蝸殼與座環(huán)相連接的幾何關(guān)系xi與φ0i的關(guān)系，即ρi與φi的關(guān)系：常數(shù)c按進(jìn)口斷面的邊界條件確定確定蝸殼包角φ00及進(jìn)口斷面流速ve

。計(jì)算進(jìn)口斷面半徑ρmax

。根據(jù)水輪機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)確定座環(huán)尺寸。計(jì)算出amax，將ρmax、amax及φ00，確定常數(shù)c。選定計(jì)算斷面數(shù)目，給出各計(jì)算斷面的角度φ0i值，計(jì)算出各斷面的ρi、ai及Ri值。圓形斷面蝸殼的水力計(jì)算步驟在ρ<S的情況下，蝸殼斷面可采用橢圓形凡是的斷面，都應(yīng)采用橢圓斷面??！ρi＝S斷面的φi值假定：近似認(rèn)為支柱（固定導(dǎo)葉）的水流為平面流動(dòng)。一、與完全蝸殼連接的座環(huán)支柱的水力設(shè)計(jì)1、支柱不改變水流環(huán)量

座環(huán)支柱的水力計(jì)算2、支柱改變水流環(huán)量1、將蝸殼出口水流角δ作為支柱進(jìn)口角，而取導(dǎo)葉處于最大開度與最優(yōu)開度之間的中間位置時(shí)的進(jìn)口角