【文章內容簡介】 Mmax15axD()??(.97).932???②效率修正值考慮原型與模型水輪機在制造工藝質量上的差異，取修正值 。%1? Mmaxax?????原型水輪機在最優(yōu)工況和限制工況下的效率為： Mmaxax????? 867..③單位轉速的修正 39。max139。0M192.%7n????= 由于 %，按規(guī)定單位轉速可不加修正，同時，單位流量 也可不加修正。39。139。0n? 39。1Q由上可見，原假定的 , = ， 是正確的，那么上述計算及選92%??39。1QM39。 39。1039。n?用的結果 、 也是正確的。?r/in30（4）工作范圍的檢驗在選定 、 后，水輪機的 及個特征水頭相對應的 ‘max1 39。1n可計算出來。水輪機在 、 下工作時，其即為 故rHrNax1Q17 / 67 = = m3/s39。 ??..29??則水輪機的最大引用流量為： 39。2max1axrQ? = ?5. = 與特征水頭 、 、 相對應的單位轉速為：maxHinr 39。?? r/i3..3ni139。1ax?r/39。1r ??（5） 吸出高度 Hs的計算由下式進行水輪機吸出高度的計算： ??901ms ??????式中： —水輪安裝位置的海拔高程，在初始計算是可取為最大水頭對應的下游?尾水位，本設計為 ； —模型氣蝕系數，各種工況下的 可從該型號水輪機模型綜合m?m特性曲線中查??； —氣蝕系數的修正值，可根據設計水頭 由《水電站》 （第三版 ?rH河海大學 劉啟釗主編）圖 226 查??； —水輪機水頭。H列表計算，如表 表 吸出高度計算表項目 最大水頭 設計水頭 最小水頭水頭（m） 單位轉速 39。 氣蝕系數 ? 修正值 ? ??H? 18 / 67吸出高度（m） 采用最小值 ，確定水輪機安裝高程。???（6） 水輪機安裝高程立軸混流式水輪機采用下式計算水輪機的安裝高程 2bHZ0sws???式中： —下游最低尾水位（ =） ；w —導水葉高度， （由導葉相對高度 可得 =） 。0b ?0b將數據代入上式得=+= 兩種方案的比較分析為了便于比較分析，現將這兩種的有關參數列入下表 。表 HL220 和 HL230 水輪機方案參數對照表序號 項目 HL220 HL2301 推薦使用的水頭范圍 ()m50～85 35～652 最優(yōu)單位轉速 39。10/inr70 713模型轉輪參數最優(yōu)單位流量 ??LsQ‘1150 11104 最高效率 max(%)M?91 5 模型轉輪參數 模型氣蝕系數 ? 6 工作水頭范圍 ()～ ～7 轉輪直徑 ?? 8 轉速 /inr300 3009 最高效率 max(%)? 10 額定出力 ??kwNr 15306 1530611 最大引用流量 / 12 吸出高度 sH() 13原型水輪機參數安裝高程 由上表可見，HL220 型水輪機方案的工作范圍包含了較多的高效率區(qū)域運行效率較19 / 67高，氣蝕系數較小，安裝高程較高，有利于提高年發(fā)電量和減小廠房的開挖工程量；而 HL230 水輪機方案的機組轉速較高，有利于減小發(fā)電機尺寸，降低發(fā)電機造價，但這種機型的水輪機及其調節(jié)系統(tǒng)的造價較高。據以上分析，在制造供貨方面沒有問題時，初步選用 HL220 型方案較為有利。 蝸殼的形式和尺寸的確定 蝸殼形式的選擇蝸殼是反擊式水輪機的重要引流部件。根據材料可分為混凝土蝸殼和金屬蝸殼兩種，當水頭小于 40 米時多采用鋼筋混凝土澆制成的蝸殼，簡稱混凝土蝸殼；當水頭大于 40 米時，由于混凝土結構不能承受過大的內水壓力，常采用鋼板焊接或鑄鋼蝸殼，統(tǒng)稱金屬蝸殼。由于該電站水頭大于 40 米，所以選用金屬蝸殼。 蝸殼設計的基本要求（1）過水表面應光滑、平順，水力損失??；（2）保證水流均勻、軸對稱地流進導水機構；（3）水流在流進導水機構前應具有一定的環(huán)量，以保證在主要的運行工況下水流能以較小的沖角進入固定導葉和活動導葉，減小導水機構的水力損失；（4）具有合理的斷面形狀和尺寸，以降低廠房投資及便于倒水機構的接力器和傳動機構的布置；（5）具有必要的強度和合適的材料，以保證結構上的可靠性和抵抗水流的沖刷。 蝸殼主要參數的選擇蝸殼的主要參數有蝸殼的包角、蝸殼斷面形狀和蝸殼進口斷面流速。（1）蝸殼的包角從蝸殼的鼻端至蝸殼進口斷面之間的夾角稱為蝸殼的包角，常用 表示。蝸殼的0?鼻端即為與蝸殼末端連接在一起的那一個特殊固定導葉的出水邊。蝸殼包角的大小直接影響蝸殼的平面尺寸，包角大時（接近 360176。） ，水輪機流量全部經蝸殼進口斷面進入水輪機，因此進口斷面較大；包角較小時，部分流量直接進入導水機構，經進口斷面進入水輪機的流量減少，進口斷面尺寸相應減小，包角為180176。時蝸殼寬度最小。對于金屬蝸殼，由于其過流量較小，允許的流速較大，因此外形尺寸對廠房造價影響較小。為了獲得良好的水利性能及考慮到其結構和加工工藝條件的限制，一般采用 =345176。本設計采用 345176。0?20 / 67（2）蝸殼的斷面形狀金屬蝸殼的斷面均做成圓形，以改善其受力條件。在接近鼻端，由于和座環(huán)蝶形邊光滑過渡及焊接上的需要，斷面形狀接近于橢圓形。（3）蝸殼進口斷面流速 cV蝸殼的進口斷面為經過轉輪中心與引水道中心線垂直的過水斷面。蝸殼進口斷面流速的大小不僅與蝸殼尺寸大小有關，還與蝸殼內水頭損失有關。流量相同時，進口斷面流速大，斷面尺寸就小，機組間距也可減小，但蝸殼內水頭損失就大；流速小，斷面尺寸就大，將增加廠房投資。蝸殼進口斷面流速可根據下式計算： （）rcHaV?式中： —設計水頭，m；rH —與水頭及蝸殼材料有關的系數，按下表 查用。ca表 金屬蝸殼流速系數 ca設計水頭（m）rH20 40 60 80 100 150 200 300ca 金屬蝸殼進口允許極限流速為 14～15m/s。 蝸殼的水力計算通過水力計算確定蝸殼各部分尺寸。由于蝸殼直接與水輪機座環(huán)相連，因此必須知道座環(huán)的尺寸，包括高度 、外直徑 、內直徑 、蝸殼斷面形狀及設計流量0baDb與包角 。rQ0?ρ?ρa金屬蝸殼的計算； b座環(huán)尺寸圖 金屬蝸殼的計算和座環(huán)尺寸21 / 67本設計水輪機具體數據如下表 所示。表 水輪機具體數據轉輪直徑D1設計水頭Hr 設計流量 rQ座環(huán)相對高度 b0/D1座環(huán)高度b0外直徑Da內直徑 Db （1）進口斷面流速 0V本電站的設計水頭為 ，由表 經過內插法算得金屬蝸殼流速系數為=。則蝸殼進口斷面流速為ca= = m/s14～15m/s （滿足要求） （）rc0Ha?52.?（2）進口斷面流量 0Q由于水流沿座環(huán)均勻進入導水機構及轉輪，故經任一蝸殼斷面的流量 為：?Q ()max36ii???式中： —表示計算斷面與蝸殼尾端斷面的夾角；i—水輪機的最大流量max蝸殼進口斷面的流量為當 時的流量，??????（3）進口斷面面積 0F （）（4）進口斷面半徑 ? （）???（5）進口斷面中心距 c1r （）x0? （）2h???式中： —蝶邊 A 處半徑；0r —斷面中心距蝶邊距離；x22 / 67—蝶形邊到導水機構中心線高程。且 。0h 0bh2???式中： —導葉高度。查表 知，導葉的相對高度 ，所以 m；0b ? —誤差，取其值為 。?將數據代如上式得 ????????（6）進口斷面外半徑 R （）（7）蝸殼常數 C （）????= （8）由蝸殼圓形斷面計算圖的幾何關系得 （）20i0ii hCrX???? （）2i0ih? （）iciirR ()0iix?? 表 金屬蝸殼圓形斷面計算表（ 的變化幅度采用 30176。）i?斷面號i?Ci0rC2i?20h20ihCr?iX2ii?ciriR0 345 23 / 671 315 2 285 3 255 4 225 5 195 6 165 7 135 8 105 9 75 0圖 金屬蝸殼平面單線圖24 / 67 尾水管形式和尺寸的確定尾水管是反擊式水輪機過流通道的最后部分，轉輪出口的水流通過尾水管將流速逐漸減小后排入下游，因而尾水管的形式和尺寸在很大程度上影響到水電站下部土建工程的投資和水輪機運行的效率及穩(wěn)定性。尾水管的作用有：（1）匯集并引導轉輪出口水流排往下游；（2）當 時，利用這一高度水流所具有的位能；0H2?（3）回收轉輪出口水流的部分動能。 尾水管形式的選擇尾水管型式很多，目前常用的有直錐形，彎錐形和彎肘形三種形式。其中直錐形結構簡單，性能最好（ 可達 80%～85%） ，但其下部開挖量較大，因此一般應用于小w?型水輪機。彎錐形尾水管比直錐形尾水管多了一段圓形等徑的彎管，它是常用于小型臥式水輪機的一種尾水管，由于其轉彎段水力損失小大，所以其性能較差， 約為w?40%～60%。彎肘形尾水管不但可減小尾水管開挖深度，且有良好的水力性能， 可達75%～80%，因此，除貫流式機組外幾乎所有的大中型水輪機均采用這種尾水管，所以本設計采用彎肘形尾水管。 尾水管尺寸的確定彎肘形尾水管由進口直錐段、中間彎肘段和出口擴散管三部分組成。（1）進口直錐段進口直錐段是一段垂直的圓錐形擴散管，其內壁設金屬里襯，以防止旋轉水流和渦帶脈動壓力對管壁的破壞。其單邊擴散角 的最優(yōu)值為：對于轉漿式水輪機?=8～10176。；對于混流式水輪機 =7～9176。，本設計為混流式水輪機取 8176。?? （2）中間彎肘段（肘管）中間彎肘段常稱為肘管，它是一段 90176。轉彎的變截面彎管，其進口斷面為圓形，出口斷面為矩形。斷面變化較復雜，故要求水流條件盡可能順暢，斷面變化應較為平順，現多采用標準型彎管。彎管段一般不設金屬里襯，但當水頭大于 150m 時或尾水管平均流速大于 6m/s 時，宜設金屬里襯，以防止混凝土被沖壞。表 混凝土標準肘管尺寸表D4 h4 B6 L1 h6 a R6 a1 R7 a2 R8 （3）出口擴散段25 / 67出口擴散段是一段水平放置、兩側平行、頂板上翹 α 角的矩形擴散管。其頂板仰角一般取 =10176?！?3176。，本設計取 11176。當出口寬度過大時，可按水工結構要求加設?中間支鐓，支鐓厚度取 =(～) ，取 。并考慮尾水門槽布置的需要，出5b5B口擴散段內通常不加金屬里襯。（4）尾水管的高度尾水管的高度是指水輪機底環(huán)平面至尾水管底板的高度，它是決定尾水管性能的主要參數。增大 h 可提高尾水管的效率，但將增加廠房土建投資；減小 h 會影響尾水管的工作性能，降低水輪機效率，甚至影響機組運行的穩(wěn)定性。根據實踐經驗，高度h 應滿足如下要求：轉漿式水輪機 h≥ ,最低不小于 ；輪機（ ）,h≥ ；對于低水頭混流式水輪機（ ）,h≥ ,最低21D?1 2?1不得小于 。本設計取 。（5）尾水管的水平長度尾水管的水平長度 L 是指機組中心線到尾水管出口斷面的距離。增大 L 可使尾水管出口面積增大，從而降低尾水管的出口動能損失，但過分增大 L 將使尾水管的內部水力損失以及廠房尺寸增大。通常取 L=(～) 。本設計取 =。1D1D尾水管的性能直接影響水輪機的效率，為了保證尾水管的使用性能，本設計采用標準尾水管，尾水管尺寸見下表 。表 尾水管尺寸表D1 h L B5 D4 h4 h6 L1 h5 肘管形式 適用范圍2 標準混凝土 肘管 混流式 D1D226 /