华中科技大学：《水力机械原理与设计》课程教学资源（PPT课件讲稿）第七章 引水部件的水力设计

第七章引水部件的水力设计 本章涉及的主要内容 引水室的型式 >涡壳中的水流运动(本章的重点) >涡壳主要参数的选择 圆形断面涡壳的水力计算 座环支柱的水力计算 HS 华中科技大学能源与动力工程学院水机教研蜜

本章涉及的主要内容 HSJ ➢ 引水室的型式 ➢ 涡壳中的水流运动（本章的重点） ➢ 涡壳主要参数的选择 ➢ 圆形断面涡壳的水力计算 ➢ 座环支柱的水力计算

第七牽引水部件的水力设计 第一节引水室的型式 引水部件的功能: 在安全、经济的条件下使水流均匀地进入叶轮。 水轮机的引水部件 引水室的型式:金属蜗壳式和混凝土蜗壳式 金属蜗壳 HS 华中科技大学能源与动力工程学院水机教研蜜

第一节 引水室的型式 HSJ 引水部件的功能： 在安全、经济的条件下使水流均匀地进入叶轮。 引水室的型式：金属蜗壳式和混凝土蜗壳式。 金属蜗壳 一、水轮机的引水部件

第七牽引水部件的水力设计 蜗式引水室的优点 水力损失较小,结构紧凑,克减少厂房尺寸和土建投资 封闭式,因此可用于各种水头和流量的水轮机。 其断面从进口到尾部逐渐缩小,这样不仅可以使水流在 导水机构前形成一定的环量,而且使水流沿整个圆周均匀 地进入导水机构,因此在反击型水轮机中被广泛应用。 HS 华中科技大学能源与动力工程学院水机教研蜜

蜗式引水室的优点 HSJ ➢ 水力损失较小，结构紧凑，克减少厂房尺寸和土建投资。 ➢ 封闭式，因此可用于各种水头和流量的水轮机。 ➢ 其断面从进口到尾部逐渐缩小，这样不仅可以使水流在 导水机构前形成一定的环量，而且使水流沿整个圆周均匀 地进入导水机构，因此在反击型水轮机中被广泛应用

第七牽引水部件的水力设计 泵的引水部件 直锥形吸水室 离心泵:环形吸水室 半螺旋形吸水室 吸水室 吸入喇叭管 轴流泵:直收缩管吸水室 肘形吸水室 钟形吸水室 HS 华中科技大学能源与动力工程学院水机教研蜜

二、泵的引水部件 HSJ 吸水室 离心泵： 轴流泵： 直锥形吸水室 吸入喇叭管 半螺旋形吸水室 环形吸水室 直收缩管吸水室 肘形吸水室 钟形吸水室

第七牽引水部件的水力设计 泵吸入室的类型 a)直锥管b)弯管c)肘管d)环形e)半螺旋形 HS 华中科技大学能源与动力工程学院水机教研蜜

泵吸入室的类型 HSJ a) 直锥管 b) 弯管 c) 肘管 d) 环形 e) 半螺旋形

第七牽引水部件的水力设计 第二节蜗壳中的水流运动 理解:将涡壳中的流动视为中心处的涡、汇共同 诱导的平面流动。令涡的强度为,而在垂直于 流动平面方向单位长度上的流量为-Q。 半径 于是在极坐标(r9) 等角螺线的切线方向 中,流线方程为: y Be 涡壳内的流线为等角螺线 HS 华中科技大学能源与动力工程学院水机教研蜜

第二节 蜗壳中的水流运动 HSJ 理解：将涡壳中的流动视为中心处的涡、汇共同 诱导的平面流动。令涡的强度为Γ ，而在垂直于 流动平面方向单位长度上的流量为-Q。 于是在极坐标（r, ） 中，流线方程为：   − = Q r Be 

第七牽引水部件的水力设计 根据流函数可得到: go const 结论:当「为常数,即指定蜗壳 形成的环量,则有 2n const HS 华中科技大学能源与动力工程学院水机教研蜜

根据流函数ψ可得到： HSJ r Q V r Vu r 2 2 = −  = const Q V V t g u r =   = = − 结论： 当Γ 为常数，即指定蜗壳 形成的环量，则有： V r const u =  = 2

第七牽引水部件的水力设计 蜗壳设计的另外一种方法 假定水流速度按v=cons律分布。 优点:对计算蜗壳的尾部有利。 >计算方法简单。 缺点:6≠coηst,使导水机构进口环量不均匀 引起机组径向力不平衡而降低机组的 稳定性(对于大型机组不宜采用)。 HS 华中科技大学能源与动力工程学院水机教研蜜

蜗壳设计的另外一种方法： HSJ 假定水流速度按Vu=const规律分布。 优点： 缺点： ➢ 对计算蜗壳的尾部有利。 ➢ 计算方法简单。 δ≠const，使导水机构进口环量不均匀 引起机组径向力不平衡而降低机组的 稳定性（对于大型机组不宜采用）

第七牽引水部件的水力设计 第三节蜗壳型式及主要参数的选择 设计蜗壳应满足的要求 保证水流在进入导水机构前形成一定的环量(即形 成V),其内的平均流速和局部流速不超过水流损失 所容许的范围,同时保证蜗壳断面的尺寸不要过大。 保证水流能轴对称地进入导水机构,流量沿导水机 构圆周均匀分配。在主要工况下,水流皆以不大的冲 角绕流导叶。 涡壳的尺寸、断面形状及其外形结构等,应满足水 电站厂房布置和水轮机结构(如导水机构接力器和空放 阀的布置)的要求。 >具有足够的强度 HS 华中科技大学能源与动力工程学院水机教研蜜

HSJ 第三节 蜗壳型式及主要参数的选择 设计蜗壳应满足的要求： ➢ 保证水流在进入导水机构前形成一定的环量（即形 成Vu ），其内的平均流速和局部流速不超过水流损失 所容许的范围，同时保证蜗壳断面的尺寸不要过大。 ➢ 保证水流能轴对称地进入导水机构，流量沿导水机 构圆周均匀分配。在主要工况下，水流皆以不大的冲 角绕流导叶。 ➢ 涡壳的尺寸、断面形状及其外形结构等，应满足水 电站厂房布置和水轮机结构 (如导水机构接力器和空放 阀的布置)的要求 。 ➢具有足够的强度

第七牽引水部件的水力设计 、涡壳的型式及其选择 原则: H40m时采用金属蜗壳(铸铁、铸钢或钢板) 水头H>200m时,则采用铸钢蜗壳。 HS 华中科技大学能源与动力工程学院水机教研蜜

一、涡壳的型式及其选择 HSJ 原则： ➢ H40m时采用金属蜗壳（铸铁、铸钢或钢板）。 ➢ 水头H>200m时，则采用铸钢蜗壳