(1) 金属蜗壳计算示例
已知某混流式水轮机的参数如下:设计水头Hr=127m;设计流量Qr=20.34m3/s;水轮机转轮直径D1=1.42m;水轮机蜗壳平面尺寸。 根据水轮机工作水头Hr=127m,选择φ°=345°的金属蜗壳。查河海大学 刘大恺《水轮机》第三版，金属蜗壳设计,固定导叶外切圆直径Da=1.55~1.64；固定导叶内切圆直径Db=1.33~1.37。Da、Db座环进口和出口处直径与水轮机转轮尺寸D1的比值,当D1<3.2m时取上限值。根据 史振声主编的《水轮机》列表求解金属蜗壳断面：
金属蜗壳简单计算 单位：米 进口包角φ° 蜗壳分节角度 进口断面流量 Qo?345 15 流量Q 20.34 水头H 127 0.08 流速系数K(查蜗壳进口流速系数与水头关系曲线2) 0.69 蝶形边半高h=(bo+0.2D1)/2 座环外圆半径0.31 固定导叶蝶形边K取值 固定导叶外圆半径 Ra=1.64D1/2 1.165 Ro?Ra?K ?o?FO1.245 ??Qr360 19.493 进口断面流速进口断面中心距 aoVo?kHr QoF?进口断面面积 2.507 7.776 oVo2进口断面外径 ??0.893 0.9 55°锥角顶点半径 ra=Ro-hctg55 S=h/cos55 1.028 ?Ro???h2 2.09 进口断面外径 R1=a1+?1 2.99 C??oao?ao??221693.6 0.54 cos55 0.574 1/sin55 1.221 ctg552 0.49 ctg55 0.7 tg55 1.428 ????C?2r0??C?h2 ?i??2?h2 ?i?R0?? Ri??i??i 176° L?h/sin55 0.379 d?Ra?ra 0.137 圆断面半径ρ>S 时断面形状改为椭圆形 ?s?C(Ro?1.43h?Ro2?h2?2.86hRo) 小于此角度换成椭圆 椭圆断面长半径中心距 a1=Ra+1.22*ρ 2??1.045A?0.81L?1.345L 椭圆短径2椭圆面积当量???i(ctg2??2RA?1) C?/Csin?A=πρi2+d2tg55 椭圆断面外径R?a1??1 椭圆断面 椭圆断面长径?1?L??2??2ctg? 2R0φi/C-h2 0.4109 0.3892 0.3670 0.3449 0.3230 0.3008 0.2789 0.2567 0.2348 0.2127 0.1905 0.1686 0.1464 0.1245 椭圆断面短半径中心距a2?Ra?1.22?2 金属蜗壳计算 单位：米 断面号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 14 15 16 17 18 φi 345 330 315 300 285 270 255 240 225 210 195 180 165 150 150 135 120 105 90 φi/C 0.2037 0.1949 0.1860 0.1771 0.1683 0.1594 0.1506 0.1417 0.1329 0.1240 0.1151 0.1063 0.0974 0.0886 2R0φi/C 0.5070 0.4853 0.4631 0.4410 0.4191 0.3969 0.3750 0.3528 0.3309 0.3088 0.2866 0.2647 0.2425 0.2206 (2R0φi/C-h2)^0.5 0.6410 0.6239 0.6058 0.5873 0.5683 0.5485 0.5281 0.5067 0.4846 0.4612 0.4365 0.4106 0.3826 0.3528 Xi 0.8447 0.8188 0.7918 0.7644 0.7366 0.7079 0.6787 0.6484 0.6175 0.5852 0.5516 0.5169 0.4800 0.4414 Xi2 0.7136 0.6705 0.6270 0.5844 0.5426 0.5012 0.4607 0.4205 0.3814 0.3425 0.3043 0.2672 0.2304 0.1949 圆形ρi 0.899 0.875 0.850 0.824 0.799 0.772 0.746 0.718 0.691 0.662 0.632 0.602 0.571 0.539<0.54 0.541 0.524 0.508 0.489 0.471 圆形ai 2.090 2.064 2.037 2.009 1.982 1.953 1.924 1.893 1.863 1.830 1.797 1.762 1.725 1.686 1.687 1.618 1.550 1.475 1.400 外径Ri 2.989 2.939 2.887 2.833 2.781 2.725 2.670 2.611 2.554 2.492 2.429 2.364 2.296 2.225 2.228 2.142 2.058 1.964 1.871 椭圆当量ρi 0.5390 0.5060 0.4720 0.4350 0.3970 A 0.940 0.831 0.727 0.621 0.522 短半径ρ2 0.539 0.483 0.427 0.366 0.304 长半径ρ1 中心距ai 外径Ri 19 20 21 22 23 75 60 45 30 15 0.3570 0.3140 0.2670 0.2130 0.1460 0.427 0.337 0.251 0.169 0.094 0.241 0.175 0.106 0.032 R2<0 0.452 0.432 0.411 0.389 R2<0 1.323 1.242 1.158 1.068 R2<0 1.775 1.674 1.569 1.457 R2<0 注：(以上计算数据采用Execl表格计算得出) 流速系数K值按第二条曲线取值 (2) 混凝土蝇壳计算示例: 已知某电站轴流转桨式水轮机的参数如下：设计水头Hr=22.9m;设计流量Qr=50.2m3/s;水轮机转轮直径D1=2.8m;计算水轮机蜗壳平面尺寸。根据水轮机工作水头Hr=22.9m,选择?°=210°的混凝土蜗壳。为简化设计,减小厂房布置尺寸，选用“Г”平顶型式蜗壳；当n=0时,b:a=1.5~1.85，选取1.8。当过流面积与计算面积之比不大于1.1倍时，蜗壳内的流速与平均流速相差不大,在这里F大：F=1.01。ai根据Fi区间试算确定。(填充部分为需要手动输入数据单元格) 转轮直径D1 水头m 分节角度 b:a m夹角β(10~15) tgβ 2.8 22.9 15 1.8 15 0.27 流量Q 蜗壳包角φ(135~225) 50.2 210 4 1.13 2.24 1.955 Qi=φ*Q/360 Fo=Qo/vo=7.32 F大=1.01*F F 混凝土蜗壳断面简单计算(采用Execl表格计算得出下表) 单位：米 断面号 φi F F大 F