蜗壳的水力计算

1蜗壳的水力计算蜗壳水力计算的目的是要确定在中间不同包角i时蜗壳断面的形状和尺寸。计算是在给定的水轮机设计水头rH、最大引流量maxQ、导叶高度0b、座环尺寸(外径aD、内径bD等)和选择的蜗壳断面形式、包角0、进口平均流速cV的情祝下进行的．水流在进入蜗壳后，其流速可分解为园周速度uV和径向速度rV，在进入导叶时，按照均匀轴对称的入流要求，则rV应为—常数；其值为rV=max0aQDb对于圆周速度uV的变化规律，计算时有不同的假定，一般常用的有下列两种假定：（一）速度矩uVr=C(C为一常数)假定蜗壳中的水流是一种轴对称的有势流动，并忽略其内摩擦力，这样就可以近似的认为水流除了绕轴的旋转外，没有任何外力作用在水流上并使其能量发生变化，即()udmVrdt=0则umVr=CuVr=C上式说明蜗壳中距水轮机轴线半径r相同的各点上，其水流的园周速度是相同的，uV随着半径r的增大而减小。（二）圆周速度uV=C此假定即认为蜗壳各断面的圆周速度uV不变，且等于蜗壳进口断面的平均流速cV。这样使得在蜗壳尾部的流速较以uVr=C所得出的流速为小，得出的断面尺寸较大，从而减小了水力损失并便于加工制造．按照这种假定计算蜗壳的尺寸，方法简单，所得出的结果与前一种假定的结果也很近似。以下仅介绍按照假定uV=cV=C的计算方法，对于按照假定uVr=C的计算可参考其他有关书籍。1．金属蜗壳的水力计算21）对于进口断面断面的面积0F=0cQV=max0360cQV断面的半径max=0max00360FQV从轴中心线到蜗壳边缘的半径maxR=ar+2max2）对中间任一断面iQ=max360iQi=max360icQViR=ar+2i式中ar——座环外半径；i——从蜗壳鼻端起算至计算断面的角度；iQ、i、iR——分别为计算断面i处的流量、断面半径及边缘半径。由此便可绘制出蜗壳断面和平面的单线图。2．混凝土蜗壳的水力计算混凝土蜗壳的水力计算采用半图解法极为方便，如下图所示，现将其计算方法及步骤分述如下：1）按下式计算蜗壳进口断面的面积cF=max0360cQV2）根据水电站的具体情况选择断面形式，并规划进口断面的尺寸使其包括的面积符合cF的要求，然后将进口断面画在图的右上方；3）选择顶角和底角的变化规律(图中选择的是直线变化规律)，以虚线表示，并画出若干个中间断面(如图上1、2、3、……断面)；4）计算各断面的面积，并在断面图的下面对应地绘制出F=f(R)的关系曲线；5）按下列关系式在左下方并列绘制出F=f()的直线，3iF=max360icQV6）根据所需要的角度i在图上便可查得该i处蜗壳断面面积iF及其相应的外半径iR和断面尺寸，由此便可绘制出蜗壳断面和平面的单线图(如下图所示)。