蜗壳及尾水管的水力计算
第二章 蜗壳及尾水管的水力计算
第1节 蜗壳水力计算
一.蜗壳尺寸确定
水轮机的引水室是水流进入水轮机的第一个部件，是反击式水轮机的重要组成部分。引水室的作用是将水流顺畅且轴对称的引向导水机构。引水室有开敞式、罐式和蜗壳式三种。蜗壳式是反击式水轮机中应用最普遍的一种引水室。它是用钢筋混凝土或者金属制造的封闭式布置，可以适应各种水头和流量的要求。水轮机的蜗壳可分为金属蜗壳和混凝土蜗壳两种。 1.蜗壳形式
蜗壳自鼻端到进口断面所包围的角度称为蜗壳的包角，水头大于40m 时一般采用混凝土蜗壳，包角
；当水头较高时需要在混凝土中布置大量的钢筋，造价可能
比混凝土蜗壳还要高，同时钢筋布置过密会造成施工困难，因此多采用金属蜗壳，包角
。本电站最高水头为174m ，故采用金属蜗壳。
2.座环参数
根据水轮机转轮直径D 1查[1].P 128页表2—16得： 座环出口直径:
()()mm D b 27252600180019001800
20002600
2850=+---=
座环进口直径:
()()mm D a 32503100180019001800
20003100
3400=+---=
蜗壳常数K =100（mm ）、r =200（mm ） 3.蝶形边锥角ɑ
取
4.蝶形边座环半径
()m k D r a D 725.11.02
25
.32=+=+=
5.蝶形边高度h
()m k b h 29.055tan 1.02
76.0tan 20=+=+=
? 6.蜗壳圆形断面和椭圆形断面界定值s
()m h s 51.055
cos 29
.055cos ==
7.座环蝶形边斜线L
()m h
L 354.055sin ==
8.座环蝶形边锥角顶点至水轮机轴线的距离
()m a h r r D 522.155tan 29.0725.1tan 1=+=+
=
二.蜗壳进口断面参数计算
1.蜗壳进口流量Q 0的计算
由HLD10运转综合特性曲线查得: Pr =35833.3(kW)、Hr =158.75（m ）、ηT =0.905
)/(4.25905
.075.15881.93
.3583381.93s m H P Q T r r r =??==
η
)/(3.244.25360
345
36030
0s m Q Q r =?=
=
? 2.蜗壳进口断面面积F 0的计算
)(2.211
3
.242000m v Q F ===
根据水头查设计手册图2—21得：v 0=11m/s 3.蜗壳进口断面半径ρ0的计算
)
(84.014.32
.20
0m F ==
=
π
ρ
4.进口断面圆心至水轮机中心线的距离α0
查[1].P128表2—16金属蜗壳座环尺寸系列得：k =0.1m 、D a =3.25m 、D b =2.725m
)(5.229.084.0725.12222
00m h r a D =-+=-+
=ρ
5.蜗壳系数C 的计算
(
)
23002
2000
202000=--
=
?--
=ρ?ρ?a a C a a C
6.进口断面外半径R 0
()
m a R 34.384.05.2000=+=+=ρ
三.蜗壳圆形断面参数计算
1. 蜗壳圆形断面参数计算：见表2—1
表2—1 蜗壳圆形断面计算表
四.蜗壳椭圆形断面参数计算
1.蜗壳椭圆形断面参数计算：见表2—2
表2—2 蜗壳椭圆形断面计算表
四.蜗壳单线图的绘制
HLD10蜗壳单线图见附图4
第2节尾水管尺寸的计算
一.尾水管基本尺寸的确定
1.尾水管型式的选择
水流在转轮中完成了能量交换后，将通过尾水管流向下游，这是尾水管的基本作用。但是尾水管还有一个作用是使水轮机转轮出口处的水流能量有所降低，从而增加转轮前后的能量差。回收一部分水流能量。尾水管有直锥型、弯曲型和弯肘型三种型式。大型立式机组，由于土建投资占电厂总投资的比例很大，故一般选用弯肘形尾水管以降低水下开挖量和混凝土量。
2.尾水管的高度h
尾水管的高度h是指水轮机底环平面到尾水管底板的高度，它对尾水管的恢复系数、水轮机运行稳定性及电站开挖量有直接影响。高度h越大，锥管段的高度可取大一些，因而降低了锥管段出口即肘管段进口及其后部流道的流速，这对降低肘管中的水力损失有利。一般情况下，通过尾水管的流量愈大，h应采用较大的值，但h增大受到水下挖方量的限制。
h的确定，与水轮机型式有关。由于混流式和定桨式水轮机在偏离最优工况运行时，尾水管中会出现涡带，引起机组振动，如果h太小，则机组振动加剧，故h选择时应综合考虑能量指标和运行稳定性。根据经验，h一般可作如下选择：
对于D1>D2的低比速混流式水轮机，h≥2.2D1。取h=2.5D1。参考表2—3，标准弯肘型尾水管可选4H系列。
表2—3 标准弯肘形尾水管主要参数单位：m
3.肘管的选择
肘管段的形状十分复杂，因为水流要在肘管拐弯90°，同时要由进口圆形断面逐渐过渡到出口为矩形断面。它对尾水管的恢复系数影响很大，且肘管中的水力损失最大。肘管难以用理论公式计算，通常采用推荐的标准肘管，图2—4所示为4号系列肘管。图中各部分的尺寸参数列于表2—4中。4H型肘管主要参数见表2—4和2—5
表2—44H 型标准肘管主要参数 单位：m
参考表2—5可选出肘管各部分参数:
表2—5 4号系列肘管各部分参数表单位：m
D 1表2—5 4号系列肘管各部分参数表单位：m
4.进口单边锥角β
对于混流式水轮机进口单边锥角β取值围为7°—9°。取β=8° 由比转速n s 查[1].P26图1—29得：
h 1=0.024×1.9=4.56(cm) h 2=0.148×1.9=28.12(cm)
h 3=h –h 1–h 2–h 4=475–4.56–28.12–256.88=185.44(cm)
5.尾水管进口直径D 3
())(210212132133
213cm tg h h h h D tg D h h h h =+---=?+---=
ββ
6.出口扩散段
查[1].P132，顶板仰角ɑ=10°—13°，取ɑ=12°。支墩的尺寸如下：
()()cm 68.676.52013.015.01.05=?==B b —
())(72.27068.67463cm b R =?=-= ()()cm b r 92.1668.6725.03.02.0=?=-= ()cm D l 2669.14.14.11=?=≥
二.尾水管单线图的绘制
HLD10尾水管单线图见附图5
给水排水管道系统水力计算汇总
第三章给水排水管道系统水力计算基础 本章内容： 1、水头损失计算 2、无压圆管的水力计算 3、水力等效简化 本章难点：无压圆管的水力计算 第一节基本概念 一、管道内水流特征 进行水力计算前首先要进行流态的判别。判别流态的标准采用临界雷诺数Re k，临界雷诺数大都稳定在2000左右，当计算出的雷诺数Re小于2000时，一般为层流，当Re大于4000时，一般为紊流，当Re介于2000到4000之间时，水流状态不稳定，属于过渡流态。 对给水排水管道进行水力计算时，管道内流体流态均按紊流考虑 紊流流态又分为三个阻力特征区：紊流光滑区、紊流过渡区及紊流粗糙管区。 二、有压流与无压流 水体沿流程整个周界与固体壁面接触，而无自由液面，这种流动称为有压流或压力流。水体沿流程一部分周界与固体壁面接触，另一部分与空气接触，具有自由液面，这种流动称为无压流或重力流 给水管道基本上采用有压流输水方式，而排水管道大都采用无压流输水方式。 从水流断面形式看，在给水排水管道中采用圆管最多 三、恒定流与非恒定流 给水排水管道中水流的运动，由于用水量和排水量的经常性变化，均处于非恒定流状态，但是，非恒定流的水力计算特别复杂，在设计时，一般也只能按恒定流(又称稳定流)计算。 四、均匀流与非均匀流 液体质点流速的大小和方向沿流程不变的流动，称为均匀流；反之，液体质点流速的大小和方向沿流程变化的流动，称为非均匀流。从总体上看，给水排水管道中的水流不但多为非恒定流，且常为非均匀流，即水流参数往往随时间和空间变化。 对于满管流动，如果管道截面在一段距离内不变且不发生转弯，则管内流动为均匀流；而当管道在局部有交汇、转弯与变截面时，管内流动为非均匀流。均匀流的管道对水流的阻力沿程不变，水流的水头损失可以采用沿程水头损失公式进行计算；满管流的非均匀流动距离一般较短，采用局部水头损失公式进行计算。
蜗壳及尾水管的水力计算
第二章 蜗壳及尾水管的水力计算 第1节 蜗壳水力计算 一.蜗壳尺寸确定 水轮机的引水室是水流进入水轮机的第一个部件，是反击式水轮机的重要组成部分。引水室的作用是将水流顺畅且轴对称的引向导水机构。引水室有开敞式、罐式和蜗壳式三种。蜗壳式是反击式水轮机中应用最普遍的一种引水室。它是用钢筋混凝土或者金属制造的封闭式布置，可以适应各种水头和流量的要求。水轮机的蜗壳可分为金属蜗壳和混凝土蜗壳两种。 1.蜗壳形式 蜗壳自鼻端到进口断面所包围的角度称为蜗壳的包角，水头大于40m 时一般采用混凝土蜗壳，包角 ；当水头较高时需要在混凝土中布置大量的钢筋，造价可能 比混凝土蜗壳还要高，同时钢筋布置过密会造成施工困难，因此多采用金属蜗壳，包角 。本电站最高水头为174m ，故采用金属蜗壳。 2.座环参数 根据水轮机转轮直径D 1查[1].P 128页表2—16得： 座环出口直径: ()()mm D b 27252600180019001800 20002600 2850=+---= 座环进口直径: ()()mm D a 32503100180019001800 20003100 3400=+---= 蜗壳常数K =100（mm ）、r =200（mm ） 3.蝶形边锥角ɑ 取 4.蝶形边座环半径 ()m k D r a D 725.11.02 25 .32=+=+= 5.蝶形边高度h ()m k b h 29.055tan 1.02 76.0tan 20=+=+= ? 6.蜗壳圆形断面和椭圆形断面界定值s ()m h s 51.055 cos 29 .055cos == 7.座环蝶形边斜线L ()m h L 354.055sin == 8.座环蝶形边锥角顶点至水轮机轴线的距离
(整理)水管规格尺寸对照表.
水管尺寸规格对照 水管气管管道常用标准尺寸对照 把1英寸分成8等分； 1/8 1/4 3/8 1/2 5/8 3/4 7/8 英寸。 相当于通常说的1分管到7分管, 更小的尺寸用1/16、1/32、1/64来表示，单位还是英寸。如果分母和分子能够约分（如分子是2、4、8、16、32）就应该约分。 英寸的表示是在右上角打上两撇，如1/2" 如DN25（25mm，下同）的水管就是英制1"的水管，也是解放前的8分水管。 DN15的水管就是英制1/2"的水管，也是解放前的4分水管。 如DN20的水管就是英制3/4"的水管，也是解放前的6分水管。 一、尺寸： DN15（4分管）、DN20（6分管）、DN25（1寸管）、DN32（1寸2管）、DN40（1寸半管）、DN50（2寸管）、DN65（2寸半管）、DN80（3寸管）、DN100（4寸管）、DN125（5寸管）、DN150（6寸管）、DN200（8寸管）、DN250（10寸管）等。 二、标准： 有英制标准和国际标准两种。 三、材质： 材质就有很多，根据不同的需要。 1、塑料管： 有PVC、UPVC、PPR、PPR稳态塑铝合金、铝塑管、玻纹管、PE管等。 2、金属管： 镀锌管、不锈钢管、不锈钢衬塑管、薄壁不锈钢管、镀锌衬塑管、铜管、铸铁管等。 --------------------------------------------------------------------- 我国水管的规格均采用我国法定单位的公称直径来标称的。如DN20，就是表示公称直径20毫米的镀锌水管。镀锌水管的系列有：DN15、DN20、DN25、DN32、DN4O、DN50、DN65、DN80、DN100、......等。 你说的几分几分的名称，是解放前我国落后，没有自己的规格和单位，就沿用了英国的单位。英国的单位是：1英尺（ft）=12英寸1英寸（in）=1000英丝（mil）。其中水管的规格是英寸的分数，刚好是把一英寸分成了八份就好表示水管的规格，就创造了一个英分的单位。其实没有英分这个单位，而是用分数带上英寸来表示1英寸以下的尺寸。 把英寸分成8分，应该是这样说： 1/8英寸1/43/81/25/83/47/8 相当于常说的1分到7分,更小的尺寸用1/16、1/32、1/64来表示，单位还是英寸。如果分母和分子能够约分，如分子是2、4、8、16、32时如果能够约分，就应该约分。 英寸的表示是在右上角打上两撇，如1/2" 如DN25的水管就是英制1"的水管，也是解放前的8分水管。 DN15的水管就是英制1/2"的水管，也是解放前的4分水管。 如DN20的水管就是英制3/4"的水管，也是解放前的6分水管。 各国自来水管尺寸明细表
蜗壳的型式及主要尺寸的确定
蜗壳的型式及主要尺寸的确定 根据设计资料提供，水轮机型号为 HL160—LJ —410及水电站工作水头H=118.5m>40m ，故采用金属蜗壳。金属蜗壳只承受内水压力，而机墩传下的荷载和水轮机层的荷载是由金属蜗壳外围的混凝土承受。为使金属蜗壳与其外围混凝土分开，受力互不传递，我国通常是在金属蜗壳上半部表面铺设沥青、麻刀、锯末或软木沥青、塑料软垫3——5cm 厚的软垫层，靠近座环处不铺。使外压不传到金属蜗壳，内水压力不传到蜗壳外的混凝土上。 蜗壳主要参数的选择 ① 设计资料提供，每台机组的最大引用流量，则蜗壳进口处的 流量s m Q Q 300 max 00 088.117123360 345360=?==? ②、蜗壳进口断面平均流速《水力机械》第二版P99图4—30(b)曲线得s m V c 9= ③、座环内、外径选择 由水轮机的型号 HL160—LJ —410，查到cm D 4101=的座环尺寸， 当H=118.5m<170m 时，其座环内径mm D b 5450=, 115m i a i r R ρ2+= 蜗壳断面计算表 0 0 0 0 3.23 15 5.13 0.57 0.43 4.08 30 10.25 1.14 0.60 4.43 45 15.38 1.71 0.74 4.70 60 20.50 2.28 0.85 4.93 75 25.63 2.85 0.95 5.13 90 30.75 3.42 1.04 5.31 105 35.88 3.99 1.13 5.48 120 41.00 4.56 1.20 5.63 135 46.13 5.13 1.28 5.78 150 51.25 5.69 1.35 5.92 165 56.38 6.26 1.41 6.05 180 61.50 6.83 1.48 6.18 195 66.63 7.40 1.54 6.30 210 71.75 7.97 1.59 6.41 225 76.88 8.54 1.65 6.52 240 82.00 9.11 1.70 6.63 255 87.13 9.68 1.76 6.74 270 92.25 10.25 1.81 6.84 285 97.38 10.82 1.86 6.94 300 102.50 11.39 1.90 7.03 315 107.63 11.96 1.95 7.13 330 112.75 12.53 2.00 7.22 345 117.88 13.10 2.04 7.31 水管气管管道常用标准尺寸对照： 1英寸=2.54厘米 把1英寸分成8等分； 1/8 1/4 3/8 1/2 5/8 3/4 7/8 英寸。 相当于通常说的1分管到7分管, 更小的尺寸用1/16、1/32、1/64来表示，单位还是英寸。如果分母和分子能够约分（如分子是2、4、8、16、32）就应该约分。英寸的表示是在右上角打上两撇，如1/2" 如DN25（25mm，下同）的水管就是英制1"的水管，也是解放前的8分水管。 DN15的水管就是英制1/2"的水管，也是解放前的4分水管。 如DN20的水管就是英制3/4"的水管，也是解放前的6分水管。 一、尺寸：见附表 二、标准：有英制标准和国际标准两种。 三、材质：材质就有很多，根据不同的需要。 1、塑料管： 有PVC、UPVC、PPR、PPR稳态塑铝合金、铝塑管、玻纹管、PE管等。 2、金属管： 镀锌管、不锈钢管、不锈钢衬塑管、薄壁不锈钢管、镀锌衬塑管、铜管、铸铁管等。 我国水管的规格均采用我国法定单位的公称直径来标称的。如DN20，就是表示公称直径20毫米的镀锌水管。镀锌水管的系列有：DN15、DN20、DN25、DN32、DN4O、DN50、DN65、DN80、DN100、......等。 你说的几分几分的名称，是解放前我国落后，没有自己的规格和单位，就沿用了英国的单位。英国的单位是：1英尺（ft）=12英寸1英寸（in）=1000英丝（mil）。其中水管的规格是英寸的分数，刚好是把一英寸分成了八份就好表示水管的规格，就创造了一个英分的单位。其实没有英分这个单位，而是用分数带上英寸来表示1英寸以下的尺寸。 把英寸分成8分，应该是这样说： 1/8英寸1/43/81/25/83/47/8 相当于常说的1分到7分,更小的尺寸用1/16、1/32、1/64来表示，单位还是英寸。如果分母和分子能够约分，如分子是2、4、8、16、32时如果能够约分，就应该约分。 英寸的表示是在右上角打上两撇，如1/2" 如DN25的水管就是英制1"的水管，也是解放前的8分水管。 DN15的水管就是英制1/2"的水管，也是解放前的4分水管。 如DN20的水管就是英制3/4"的水管，也是解放前的6分水管。 各国自来水管尺寸明细表 管内径标称规格 台湾CNS规格日本JIS规格国内DIN规格 美国 ANSI 英国BS 美标SCH80 美标SCH40 mm inch 管外径管厚度管外径管厚度管外径管厚度管外径管外径管外径管厚度管外径管厚度 10 3/8" 18±0.2 2.2±0.6 18±0.2 2.5±0.2 16±0.2 17.14 17.14 15 1/2" 22±0.2 2.7±0.6 22±0.2 3.0±0.3 20±0.3 2.0±0.4 21.34 21.34 21.3±0.1 3.985±0.255 21.3±0.1 3.025±0.255 20 3/4" 26±0.2 2.7±0.6 26±0.2 3.0±0.3 25±0.3 3.0±0.5 26.67 26.67 26.7±0.1 4.165±0.255 26.7±0.1 3.125±0.255 25 1" 34±0.3 3.2±0.6 32±0.3 3.5±0.3 32±0.3 4.0±0.6 33.40 33.40 33.4±0.13 4.815±0.265 33.4±0.13 3.635±0.255 热力管道水力计算表 ————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期： ? 热力管道水力计算表(一） Kｄ=0.5mm r＝９58.4kg/m３ DN 25 32 4０50 DN 2５３２40 50 70 D w×δ３2×25 ３8×2.545×2．557×３．５D w×δ3２×2.５38×2．545×2.557×3.573×３.5 G(t／ｈ) W R W R W R ＷR G(t/h）W ＲW R W R W R ＷＲ 0.２0.1 0． 95 １.2５0.63 34.2 ０.4 2 １ 1.6 ０.2 9 4．2 0.１ 8 1． ３4 0.22 0.11 1.1 ４ １．3 0． 66 37 0． ４4 １ 2.6 0.3 4.5 １ 0.１ 9 1.４ ４ 0． 11 0． 34 ０.２4 0.1 ２ 1．3 ５ 1.35 0.68 ３9. ９ 0.46 13.6 ０.3 1 4． ８6 0.２ １ ．55 ０ ．１ 1 0.37 0.２6 0.13 1.59 1.40 0．7 １ 42.9 0． 47 1 ４ ．6 0.３ 2 ５.2 1 ０.2 1 1． ６ ７ 0.1 ２ ０.3 ９ ０.28 0.１ 4 1． 82 1.4５0.73 46 0.49 15 ．７ 0.33 5.5 ９ ０.2 １ 1.78 0． 12 0.42 0.30 0． 15 ２.0 ８ １.５0 0． 76 49.2 ０ ．５ １ 16.8 ０.3 ５ ５.9 8 0.2 ２ 1.91 0.１ 3 0.4 ５ 0.３２０.1 6 ２.3 ７ 1.５5 0.７ ９ 52.6 0.53 17 ．９ 0.３ 6 ６ ．３ 8 ０ ．23 2.02 0.13 0.48 ０.3４0.17 2.7 １ 1．6 0.8 １ 5６ 0.5 ４ 19.1 0.３ 7 6．8 0.２ 4 2.14 0． 13 0.5 管道尺寸（英制与公制对照表) 英寸是长度单位。1 英寸= 厘米(公分)。英寸或[吋]是使用于联合王国(UK，即英国(英联邦)、其前殖民地的长度单位。美国等国家也使用它。在台湾与香港，“英寸”通常写作“吋”。英寸的常用简写为[in]或["]“吋”是近代新造的字，念作“英寸”，属汉字中一字念两音的字，其他如“浬”念作“海里”等，借用中国传统的长度单位“寸”，并加口旁以示区别。 一、尺寸： DN15（4分管）、DN20（6分管）、DN25（1寸管）、DN32（1寸2管）、DN40（1寸半管）、DN50（2寸管）、DN65（2寸半管）、DN80（3寸管）、DN100（4寸管）、DN125（5寸管）、DN150（6寸管）、DN200（8寸管）、DN250（10寸管）等。 二、把1英寸分成8等分: 1/8 1/4 3/8 1/2 5/8 3/4 7/8 英寸。 相当于通常说的1分管到7分管,更小的尺寸用1/16、1/32、1/64来表示，单位还是英寸。如果分母和分子能够约分（如分子是2、4、8、16、32）就应该约分。 英寸的表示是在右上角打上两撇，如1/2" 如DN25（25mm，下同）的水管就是英制1"的水管，也是以前的8分水管。 DN15的水管就是英制1/2"的水管，也是以前的4分水管。 如DN20的水管就是英制3/4"的水管，也是以前的6分水管 外径与DN，NB的关系如下： 公称管子尺寸(NPS)/in 公称直径(DN)/mm61520253240506580100150 公称管子尺寸(NPS)/in 公称直径(DN)/mm20025030035040045050060090010001200 管子规格及有关数据 公称直径英寸外径近似内径 壁厚 相当于无缝管普厚/加厚 mm＂mm mm mm mm 154分1522 206分2025 251寸25432 32寸32438 40寸484045 502寸605057 70寸7076 803804/89 10041141064/108 12551401315/133 150********/159 20082192076219 250102732597273 水管水力计算 一、加载 1.将KtCnPub.dll拷入系统软件目录下。 2.加载ACSSgSlJs.arx之前请先加载KtCnCad.arx:。 二、运行 1.在命令行键入SgJs，回车，将出现程序的主界面。 2.界面说明 搜索分支：当用户需要从图面上提取数据时，点取搜索分支按钮，根据程序提示选取计算水管。当成功搜索出图面管道系统后，最长环路按钮可用，单击可以得到最长的管段组。 冷凝水量：当计算水管系统是冷凝水管系统时，该项可用，冷凝水管的水量是根据水管承担的负荷和用户设定的冷凝水量两者数据计算出来。 设备缺省水阻：风机盘管或者空调器的设备水阻，程序计算时会将此阻力计入到小计中去。 末端局阻系数：风机盘管或者空调器接管出一般还有阀门、过滤网等局阻系数，在此输入此局阻系数。相对于设备的水阻，此数值较小。 流量单位：根据用户选择不同的流量单位，显示的流量进行单位换算。 计算控制：程序在计算中根据用户选择的控制类型选取合适的管径。 控制数据设定：可以新建控制数据方案，可以更改已有的控制方案。 计算结果：显示包含搜索分支里面选取的管段的一条回路的各个管段数据。 3.使用说明 a．从图面上提取数据 单击搜索分支按钮 命令行提示： 命令: sgjs ESC返回 / 请选择要计算水管的远端: 选取要计算的水管的远端以后，程序返回到主界面。主界面如下： b．从文件中提取数据（如果是从图面上提取数据则这步可以跳过） 单击打开按钮 从打开文件对话框从选取要计算的文件，确定即可。 c.对于控制数据设定按钮：单击此按钮，将会出现如下对话框： 在此对话框中，可以修改已有的方案，可以添加新的控制数据方案。 注意：默认方案是不可以修改和删除的。 单击新建方案按钮，会出现新建方案对话框： 提示用户数据新的方案名称。 注意：新方案名称不能和已有的方案名称同名。 一、空调水系统的设计原则： 1、力求水力平衡； 2、防止大流量小温差； 3、水输送符合规范要求； 4、变流量系统宜采用变频调节； 5、要处理好水系统的膨胀与排气； 6、解决好水处理与水过滤； 7、切勿忽视管网的保冷与保温效果。 二、冷冻水、冷却水管的计算 1、压力式水管道管径计算 D=103πνL 4（mm ） 公式中 L------水流量（m 3/s ） v-------计算流速（m/s ） 一般水管系统的管内水流速可参考表13-12的推荐值取用 表13-13选择。 2、直线管段的阻力计算 Δh=d l λ×2 2v ρ=R ×l 式中Δh---长度为l （m ）的直管段的摩擦阻力（Pa ） λ---水与管内壁间的摩擦阻力系数； l----直管段的长度（m ）； d----管内径（m ）； ρ----水的密度（kg/m 3），当4℃时为1000kg/m 3 R-----长度为1m 直管段的摩擦阻力（Pa/m ） 三、空调设备流量计算 由Q=CM ΔT 可得出：M=Q/C*ΔT （Kg/S ） Q-----空调制冷或制热量（Kw ） C-----水的比热容，4.2KJ/Kg*℃ ΔT---进出空调设备的供回水温差，ΔT =T G -T H 四、风机盘管选择 1、计算室内空调冷负荷Q （W ），简单依单位面积指标及经验估算。 2、考虑机组的盘管用后积垢积尘对传热的影响，对空调冷负荷要进行修正，冷负荷应乘以系数a 仅冷却使用 a=1.10 作为加热、冷却两用 a=1.20 仅作为加热用 a=1.15 3、依据空调冷负荷选择风机盘，一般按中档运行能力选择。 4、校核风量：L=) (3600s n h h Q -ρ L-----风机盘管名义风量（m 3/h ） 西华大学上机实验报告 一、实验目的 本次实验是在学习了流体机械结构及强度设计中的金属蜗壳断面断面强度计算课程之后，通过编程上机，对给定机组参数进行金属蜗壳各断面强度的计算，并根据计算结果绘制应力与断面关系图，以掌握金属蜗壳强度设计的方法。 二、实验内容 通过VB编程计算各断面几何尺寸。对蜗壳进行水力计算，按C u *r=const，就是在给定设计水头，设计流量，导水相对高度及座环尺寸的条件下，确定蜗壳各断面的形状和尺寸，并根据所得尺寸对各断面的强度进行计算，列出各断面的各应力表。以便为实际的生产和制造提供相应依据。 三、实验环境与工具 本次实验是在Windows XP 上进行的实验。并运用了VB和CAD进行辅助计算和设计，以及运用office 2003对相关文字进行处理。 四、实验过程或实验数据 由已知条件（设计水头，设计流量，导水相对高度及座环尺寸），先计算出进口断面参数，再根据这些参数，对各断面的强度进行计算，最后再绘制出应力与断面关系图。 金属蜗壳强度计算步骤 1 、设计参数： 水轮机型号HL240/D41-LJ-410 转轮直径D 1 =4100 mm， =2 cm ，最大水头 H max=92 m错误!未指定书签。 设计水头H r = 74 m ，设计流量Q v =154 m3/s ，导叶相对高度b 1 =0.25 2 、确定蜗壳包角Φ 0及蜗壳进口断面的平均流速C o ： Φ 0=345o C o =k*(H r )^(1/2) k=0.9--0.95 3 、根据座环尺寸系列表确定连接尺寸： 由D 1、H r 可查表得到：D a 、D b 、K、R R a =D a /2 R A =R a +k B 0=b +(10--20)mm b =b 1 *D 1 h 1 =R*(1-cos(α)) h=h 1 +B /2 b 1 =0.25 4 、蜗壳进口断面参数计算：C 0、ρ 、a 、R ρ 0= ((345 * Q v ) / (360 * 3.141592 * C )) ^ (1 / 2) a 0=R a +X = R A + (ρ ^ 2 - h ^ 2) ^ (1 / 2) R 0=a +ρ 5 、求蜗壳常数C： C= 345 / (a 0 - (a ^ 2 -ρ ^ 2) ^ (1 / 2)) 6 、求临界包角Φs(ρ=s): Φ s = C* (R A + Tan(a) * h - (R A ^ 2 + 2 * R A * Tan(a) * h - h ^ 2) ^ (1 / 2)) 7、当Φ i >Φ s 时为圆断面 X i =Φ i /c+(2*R A *Φ i /c-h^2)^(1/2) ρ i =(X i ^2+H^2)^(1/2) a i =R A +X i R i =a i +ρ i 8 、对各圆断面的强度进行计算 yl1 = (P * ρi * (1 + ai / 330)) / (2 * 2.1)子午向应力yl2 = P * ρi / (2 * 2.1)环向应力fj = ((0.635 - 0.272 * ai / RA) * ρi * 100 * yl0) / 10000附加应力zyl = yl1 + Abs(fj) 总应力 9 、当Φ i <Φ s 时为椭圆断面 ρ i =(Φ i /c)*((cot(α)^2+2*r B /(Φ i /c))^(1/2)+1/(sin(α))) L=h/sin(α) ρ 2i =(1.045*( *ρi^2+1.428(R a-r B)^2+0.81*L^2)^(1/2)-1.345L 一、 喷嘴选型 根据要求查雾的池内样本，选10个除磷喷嘴3/8 TDSS 40027kv-lcv(15°R)。 参数：喷角区分40°，额定压力5MPa ，喷量27.7L/min ，喷嘴右倾15°。 二、水泵选型计算 1、水泵必须的排水能力 Q B =20 16.2242024max ?=Q = 19.44 m 3/h 其中，系统需要最大流量16.2）601027.7（10-3max =???=Q m 3/h 2、水泵扬程估算 H=K （H P +H X ）= 1.3 ?（178+2）=234 m 其中：H P ：排水高度，160+18=178m ；（16mPa ，扬程取160m ） H X ：吸水高度，2m ； K ：管路损失系数，竖井K=1.1—1.5，斜井?＜20°时K=1.3～1.35，?=20°～30°时6K=1.25～1.3，?＞30°时K=1.2～1.25，这里取1.3。 查南方泵业样本，故选轻型立式多级离心泵CDL42-120-2，扬程238m ，流量42 m 3/h ，功率45kW ，转速2900r/min 。 三、管路选择计算 1、管径：泵出水管道86.2290042'900'=?== ππV Q d n mm 泵进水管道121.91 90042'900'=?== ππV Q d n mm 其中： Qn ：水泵额定流量； 'V 经济流速m/s ；'Vp =1.5～2.2m/s ；='Vx 0.8～1.5m/s ；'dx ='dp +0.025 m ，这里泵进水管流速为1m/s ，泵出水管流速为1.5m/s 。 查液压手册，选泵出水管道内径89mm ，泵进水管道内径133mm 2、管壁厚计算 泵进水口 第三章管道的水力计算及强度计算 第一节管道的流速和流量 流体最基本的特征就是它受外力或重力的作用便产生流动。如图3—1所示装置，如把管道中的阀门打开，水箱内的水受重力作用，以一定的流速通过管道流出。如果水箱内的水位始终保持不变，那么管道中的流速也自始至终保持不变。管道中的水流速度有多大?每小时通过管道的流量是多少?这些都是实际工作中经常遇到的问题。 图3—1水在管道内的流动 为了研究流体在管道内流动的速度和流量，这里先引出过流断面的概念。图3—2为水通过管道流动的两个断面1—1及2—2，过流断面指的是垂直于流体流动方向上流体所通过的管道断面，其断面面积用符号A来表示，它的单位为m2或cm2。 图32管流的过流断面 a)满流b)不满流 流量是指单位时间内，通过过流断面的流体体积。以符号q v表示，其单位为m3／h，cm3／h或m3／s，cm3／s。 流速是指单位时间内，流体流动所通过的距离。以符号。表示，其单位为m／s或cm／s。 图3—3管流中流速、流量、过流断面关系示意图流量、流速与过流断面之间的关系如下： 以水在管道中流动为例，如图3—3所示，在管段上取过流断面1—1，如果在单位时间内水从断面1—1流到断面2—2，那么断面1—1和断面2—2所包围的管段的体积即为单位时间内通过过流断面1—1时水的流量q v，而断面1—1和断面2—2之间的距离就是单位时间内水流所通过的路程，即流速。 由上可知，流量、流速和过流断面之间的关系式为 q v=vA (3—1) 式(3—1)叫做流量公式，它说明流体在管道中流动时，流速、流量和过流断面三者之间的相互关系，即流量等于流速与过流断面面积的乘积。如果在一段输水管道中，各过流断面的面积及所输送的水量一定，即在管道中途没有支管与其连接，既没有水流出，也没有水流入，那么管道内各过流断面的水流速度也不会变化；若管段的管径是 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r H 、最大引流量max Q 、导叶高度0b 、座环尺寸(外径a D 、内径b D 等)和选择的蜗壳断面形式、包角0?、进口平均流速c V 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u V 和径向速度r V ，在进入导叶时，按照均匀轴对称的入流要求，则r V 应为—常数；其值为 r V = max a Q D b π 对于圆周速度u V 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u V r=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 () u d mV r dt =0 则 u mV r = C u V r = 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，u V 随着半径r 的增大而减小。 （二）圆周速度u V =C 此假定即认为蜗壳各断面的圆周速度u V 不变，且等于蜗壳进口断面的平均流速c V 。这样使得在蜗壳尾部的流速较以u V r=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u V =c V =C 的计算方法，对于按照假定u V r=C 的计算可参考其他有关书籍。 1．金属蜗壳的水力计算 1）对于进口断面 断面的面积 0F = 0c Q V = max 0 360c Q V ?? 断面的半径 max ρ = 从轴中心线到蜗壳边缘的半径 max R =a r +2max ρ 2）对中间任一断面 i Q = max 360i Q ?? i ρ i R =a r +2i ρ 式中 a r ——座环外半径； i ?——从蜗壳鼻端起算至计算断面的角度； i Q 、i ρ、i R ——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 c F = max 0 360c Q V ?? 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c F 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， 给水排水管道工程 课程设计指导书 环境科学与工程学院 第一部分城市给水管网水力计算程序及习题一、程序 #define M 18 #define N 6 #define ep 0.01 #include { Q[k]=Q[k]*sgn(io[k]); } ko=0; loop: for(k=0;k<=M-1;k++) { h[k]=10.67*pow(fabs(Q[k]),1.852)*l[k]; h[k]=h[k]/(pow(100,1.852)*pow(D[k],4.87))*sgn(Q[k]); } for(i=1;i<=N;i++) { f[i]=0;r[i]=0; dq[i]=0; for(k=0;k<=M-1;k++) { if(abs(io[k])!=i) goto map; f[i]=f[i]+h[k]; r[i]=r[i]+(h[k]/Q[k]); map: if( abs(jo[k])!=i) continue; f[i]=f[i]+h[k]*sgn(jo[i]); r[i]=r[i]+(h[k]/Q[k]); } dq[i]=-(f[i]/(r[i]*2)); } { if (fabs(f[N])<=ep) flag=1; } if (flag==1) goto like; 第五章 蜗壳 45 蜗壳形式与其主要尺寸的选择 现代的中型及大型水轮机都是用蜗壳引导进水的。各种水力实验中所进行的试验指出，设计合理的蜗壳，它的引水能力及效率与小型水轮机所采用的明槽式装置及罐式机壳相比较并无明显的降低。蜗壳的优点是可以大大缩短机组之间的距离，这在选择电站厂房的大小时，有着很大的意义。 从蜗壳的研究当中，可以确定各种不同水头下蜗壳内的最佳水流速度，最合理的蜗壳形式，经及制造它的材料。 大部分的转桨式及螺桨式水轮机都采用梯形截面的混凝土蜗壳。目前设计混凝土蜗壳的最高水头是30～35公尺。然而，有很多大型水电站，在水头低于35公尺时还应用金属蜗壳。 轴向辐流式水轮机通常采用金属蜗壳，按照水头及功率的不同，金属蜗壳可由铸铁或铸钢浇铸（图62），焊接（图63）或铆接而成。图64所示是根据水轮机的水头及功率，对于各种不同型式蜗壳通常所建议采用的范围。 蜗壳的大小决定了它的进水截面，而进水截面是与所采取的进水速度有关的。最通用的进水速度与水头之间的关系，对于12～15公尺以下的水头来说如下式所示： H k v v c = (84) 式中 c v —蜗壳中的进水速度；H —有效水头；v k —速度系数，约为1.0。 中水头或高水头则常应用下列关系： 30v c H k v = (85) 如果把列宁格勒斯大林金属工厂和其它制造厂所出品的中水头及高水头水轮机的现有蜗壳进水速度画在圆上，那么对于水头超过12～15公尺时，我们可得符合下式的曲线： 30c H v 5.1= 然而，有许多由列宁格勒斯大林金属工厂及外国厂家制造的良好的蜗壳，进水速度大大超过了所示的数值。 图65所示为根据有效水头选择蜗壳进水速度用的诺模图，此图是根据上述的公式而做成的。 46 蜗壳的水力计算 当工质—水，流经水轮机的运动机构—转轮时，由于运动量的变化而产生流体能量的转变。这可用水轮机的基本方程式来表示： gh ηu v u v r u u 2211=- ?常用管道公称直径和外径对照 ?公称直径(nominal diameter)，又称平均外径(mean outside diameter)。指标准化以后的标准直径，以DN表示，单位mm，例如内径1200mm的容器的公称直径标记为DN1200。它主要分为三方面： 1. 压力容器的公称直径 用钢板卷焊制成的筒体，其公称直径指的是内径。现行标准中规定的公称直径系列如表4-4所示。若容器直径较小，筒体可直接采用无缝钢管制作。此时，公称直径指钢管外径。封头的公称直径与筒体一致。 2.管子的公称直径 一般来说，管子的直径可分为外径、内径、公称直径。管材为无缝钢管的管子的外径用字母D来表示，其后附加外直径的尺寸和壁厚，例如外径为108的无缝钢管， 壁厚为5MM，用D108*5表示，塑料管也用外径表示，如De63,其他如钢筋混凝土管、铸铁管、镀锌钢管等采用DN表示，在设计图纸中一般采用公称直径来表示，公称直径是为了设计制造和维修的方便人为地规定的一种标准，也叫公称通径，是管子（或者管件）的规格名称。管子的公称直径和其内径、外径都不相等，例如：公称直径为100MM的无缝钢管有102*5、108*5等好几种，108为管子的外径，5表示管子的壁厚，因此，该钢管的内径为（108-5-5）＝98MM，但是它不完全等于钢管外径减两倍壁厚之差，也可以说，公称直径是接近于内径，但是又不等于内径的一种管子直径的规格名称，在设计图纸中所以要用公称直径，目的是为了根据公称直径可以确定管子、管件、阀门、法兰、垫片等结构尺寸与连接尺寸，公称直径采用符号DN表示，如果在设计图纸中采用外径表示，也应该作出管道规格对照表，表明某种管道的公称直径，壁厚。 为了使管子、管件连接尺寸统一，采用DN表示其公称直径（也称公称口径、公称通径)。化工厂用来输送水、煤气、空气、油以及取暖用蒸汽等一般压力的流体，管道往往采用电焊钢管，称有缝管。有缝管按厚度可分为薄壁钢管、普通钢管和加厚钢管。其公称直径不是外径，也不是内径，而是近似普通钢管内径的一个名义尺寸。每一公称直径，对应一个外径，其内径数值随厚度不同而不同。公称直径可用公制mm表示，也可用英制in表示。 管路附件也用公称直径表示，意义同有缝管。 工程中所用的无缝管，如输送流体用无缝钢管(GB 8163-87)、石油裂化用无缝钢管(GB 9948-88)、化肥设备用高压无缝钢管（GB 6479-86)等，标记方法不用公称直径，而是以外径乘厚度表示。标准中称此外径与厚度为公称外径与公称厚度。 输送流体用无缝钢管和一般用途无缝钢管分热轧管和冷拔管两种。冷拔管的最大外径为200mm；热轧管的最大外径为630mm。在管道工程中，管径超过57mm 时，常采用热轧管。管径在57mm以内常选用冷拔管。 3. 容器零部件的公称直径 有些零部件如法兰、支座等的公称直径，指的是与它相配的筒体、封头的公称直径。DN2000法兰是指与DN2000筒体(容器)或封头相配的法兰。DN2000鞍座是指支承DN2000mm容器的鞍式支座。还有一些零部件的公称直径是与它相配的管子公称直径表示的。如管法兰，DN200管法兰是指连接DN200mm管子的管法兰。另有一些容器零部件，其公称直径是指结构中的某一重要尺寸，如视镜的视孔、填料箱的轴径等。DN80(Dg80)视镜，其窥视孔的直径为80mm。 公称管子尺寸和公称直径 管道尺寸（英制与公制对照表） 英寸是长度单位。1 英寸= 2.8 厘米(公分)。英寸或[吋]是使用于联合王国(UK，即英国(英联邦)、其前殖民地的长度单位。美国等国家也使用它。在台湾与香港，“英寸”通常写作“吋”。英寸的常用简写为[in]或["]“吋”是近代新造的字，念作“英寸”，属汉字中一字念两音的字，其他如“浬”念作“海里”等，借用中国传统的长度单位“寸”，并加口旁以示区别。 一、尺寸： DN15（4分管）、DN20（6分管）、DN25（1寸管）、DN32（1寸2管）、DN40（1寸半管）、DN50（2寸管）、DN65（2寸半管）、DN80（3寸管）、DN100（4寸管）、DN125（5寸管）、DN150（6寸管）、DN200（8寸管）、DN250（10寸管）等。 二、把1英寸分成8等分: 1/8 1/4 3/8 1/2 5/8 3/4 7/8 英寸。 相当于通常说的1分管到7分管,更小的尺寸用1/16、1/32、1/64来表示，单位还是英寸。如果分母和分子能够约分（如分子是2、4、8、16、32）就应该约分。 英寸的表示是在右上角打上两撇，如1/2" 如DN25（25mm，下同）的水管就是英制1"的水管，也是以前的8分水管。 如DN15的水管就是英制1/2"的水管，也是以前的4分水管。 如DN20的水管就是英制3/4"的水管，也是以前的6分水管 外径与DN，NB的关系如下： 一般来说，管子的直径可分为外径、内径、公称直径。 管材为无缝钢管的管子的外径用字母D来表示，其后附加外直径的尺寸和壁厚，例如外径为108的无缝钢管，壁厚为5MM，用D108*5表示。 塑料管也用外径表示，如De63。 其他如钢筋混凝土管、铸铁管、镀锌钢管等采用DN表示。 在设计图纸中一般采用公称直径来表示，公称直径是为了设计制造和维修的方便人为地规定的一种标准，也较公称通径，是管子（或者管件）的规格名称。 管子的公称直径和其内径、外径都不相等，例如：公称直径为100MM的无缝钢管有102*5、108*5等好几种，108为管子的外径，5表示管子的壁厚，因此，该钢管的内径为（108-5-5）＝98MM，但是它不完全等于钢管外径减两倍壁厚之差，也可以说，公称直径是接近于内径，但是又不等于内径的一种管子直径的规格名称，在设计图纸中所以要用公称直径，目的是为了根据公称直径可以确定管子、管件、阀门、法兰、垫片等结构尺寸与连接尺寸，公称直径采用符号DN表示，如果在设计图纸中采用外径表示，也应该作出管道规格对照表，表明某种管道的公称直径，壁厚。 (其实在工程领域并没有一个完全的管道公称直径与外径的对照，外径与公称直径的换算基本要靠经验。 大致是公称直径大约等于内径（外径减两个皮厚） 但也不完全相等，大致差不多，取整就行。比如φ108*7的外径108，它的公称直径是100；再比如φ32*4.5，外径32，公称直径应该是25。以此类推，就能得到外径与公称直径的对应关系了。) 国家标准架子管每米的重量为0.00384吨，全管的实际重量：0.00384*钢管长度 输水管道水力计算公式 1．常用的水力计算公式： 供水工程中的管道水力计算一般均按照均匀流计算，目前工程设计中普遍采用的管道水力计算公式有: 达西（DARCY ）公式： g d v l h f 22 **=λ （1） 谢才（chezy ）公式： i R C v **= （2） 海澄－威廉（HAZEN-WILIAMS ）公式： 87 .4852.1852.167.10d C l Q h h f ***= （3） 式中 h f -----------沿程损失，m λ----------沿程阻力系数 l -----------管段长度，m d-----------管道计算内径，m g-----------重力加速度，m/s 2 C-----------谢才系数 i------------水力坡降； R-----------水力半径，m Q-----------管道流量m/s 2 v------------流速 m/s C n -----------海澄―威廉系数 其中达西公式、谢才公式对于管道和明渠的水力计算都适用。海澄－威廉公式影响参数较小，作为一个传统公式，在国内外被广泛用于管网系统计算。三种水力计算公式中 ，与管道内壁粗糙程度相关的系数均是影响计算结果的重要参数。 2．规范中水力计算公式的规定 3．查阅室外给水设计规范及其他各管道设计规范，针对不同的设计条件，推荐 采用的水力计算公式也有所差异，见表1： 表1 各规范推荐采用的水力计算公式 3．1达西公式 达西公式是基于圆管层流运动推导出来的均匀流沿程损失普遍计算公式，该式适用于任何截面形状的光滑或粗糙管内的层流和紊流。公式中沿程阻力系数λ值的确定是水头损失计算的关键，一般采用经验公式计算得出。舍维列夫公式，布拉修斯公式及柯列勃洛克（C.F.COLEBROOK ）公式均是针对工业管道条件计算λ值的著名经验公式。 舍维列夫公式的导出条件是水温10℃，运动粘度1.3*10-6 m 2/s,适用于旧钢管和旧铸铁管,紊流过渡区及粗糙度区.该公式在国内运用较广. 柯列勃洛可公式)Re 51.27.3lg(21 λ λ+?*-=d (Δ为当量粗糙度,Re 为雷诺数)是根据大量工业管道试验资料提出的工业管道过渡区λ值计算公式，该式实际上是泥古拉兹光滑区公式和粗糙区公式的结合，适用范围为4000管道常用标准尺寸对照
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