水利工程論文-4H型尾水管單線圖簡(jiǎn)便計(jì)算方法.doc

水利工程論文-4H型尾水管單線圖簡(jiǎn)便計(jì)算方法摘要：4H型尾水管為大多數(shù)大中型電站所采用，為滿足尾水管彎管段施工放樣、模板制作、鋼筋配置等方面的需要，保證尾水管的設(shè)計(jì)形狀，必須對(duì)尾水管幾何尺寸進(jìn)行精確的計(jì)算，繪制尾水管單線圖。在石泉、安康、安康聯(lián)營(yíng)水電站工作基礎(chǔ)上，推導(dǎo)出一套既精確又簡(jiǎn)便的計(jì)算方法。本方法計(jì)算的關(guān)鍵是把垂直剖面的計(jì)算建立在水平剖面計(jì)算的基礎(chǔ)上的，使垂直剖面與水平剖面對(duì)應(yīng)，既滿足施工放樣要求，又簡(jiǎn)化了計(jì)算。關(guān)鍵詞：4H型尾水管單線圖計(jì)算尾水管的作用是減少出口流速，恢復(fù)從水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪流出的流速水頭。若尾水管邊線形狀不準(zhǔn)確，將會(huì)影響水輪機(jī)的效率，因此在進(jìn)行尾水管單線圖計(jì)算時(shí)，應(yīng)注意計(jì)算方法的準(zhǔn)確性。水電站尾水管的型式是由水輪機(jī)制造廠根據(jù)水輪機(jī)的試驗(yàn)效果確定的，一般型式有4A、4C、4E、4H等類型。4H型尾水管為大多數(shù)大中型電站所采用，如三門(mén)峽、劉家峽、鹽鍋峽、丹江口、石泉、雙牌、安康等電站。由于4H型尾水管以彎管段具有特殊的曲面形狀，體形比較復(fù)雜，為滿足尾水管彎管段施工放樣、模板制作、鋼筋配置等方面的需要，保證尾水管的設(shè)計(jì)形狀，必須對(duì)尾水管幾何尺寸進(jìn)行精確的計(jì)算，繪制尾水管單線圖。根據(jù)建國(guó)初期已建成的幾個(gè)電站來(lái)看，計(jì)算工作量均比較大，且不便于應(yīng)用。從目前已有的尾水管單線圖計(jì)算方法的資料來(lái)看，有很多值得商榷的地方。我們?cè)谑?、安康、安康?lián)營(yíng)水電站工作基礎(chǔ)上，推導(dǎo)出一套既精確又簡(jiǎn)便的計(jì)算方法，并且將已將其程序化。1.4H型尾水管彎管段的幾何形狀4H型尾水管幾何形狀以彎管段最為復(fù)雜，體形如圖1所示，它是由圓環(huán)面(A)、斜圓錐面(B)、斜平面(C)、水平圓柱面(D)、垂直圓柱面(E)、立平面(F)及水平面(G)組成。各曲面關(guān)系分述如下：圓環(huán)面(A)：是由以R1為半徑的一段圓弧繞機(jī)組中心線旋轉(zhuǎn)而成，其幾何尺寸由R1、R4H1、R0確定，見(jiàn)圖2(1-1)；斜圓錐面(B)：各水平截面圓心軌跡為圖2(1-1)中OK，半徑為R0+ei，其幾何尺寸是由R0和e確定的；斜平面(C)：此平面與圓環(huán)面(A)相割，與斜圓錐面(B)相切，底部與立平面(F)相交同一高程水平面上，見(jiàn)圖2中(1-1)；水平圓柱面(D)：是由圓心為O2及半徑R2所決定的，見(jiàn)圖2中(1-1)；立平面(F)：該平面與垂直圓柱面(E)相切，與斜平面(C)相交，見(jiàn)圖2中(1-1)、(2-2)；垂直圓柱面(E)：其圓心軌跡為圖2(1-1)所示kk，其半徑由R0和e決定，見(jiàn)圖2中(1-1)、(2-2)；水平面(G)：是由圓環(huán)面(A)延續(xù)部分，與圓環(huán)面(A)相切，詳見(jiàn)圖2(1-1)、(2-2)。圖24H型尾水管彎段形狀示意圖2.尾水管單線圖簡(jiǎn)便計(jì)算方法4H型尾水管因廠房布置等原因，分為有偏角和無(wú)偏角尾水管。無(wú)偏角尾水管是指尾水管中心線與機(jī)組中心線重合，有偏角尾水管是指尾水管中心線與機(jī)組中心線不重合，存在一定的夾角。2.1無(wú)偏角4H型尾水管單線圖計(jì)算原理尾水管單線圖計(jì)算包括水平剖面和垂直剖面的計(jì)算，計(jì)算內(nèi)容如下：2.1.1水平剖面的計(jì)算建立如圖3所示的坐標(biāo)系。(1)斜圓錐面(B)的半徑R3i的計(jì)算：根據(jù)斜圓錐面(B)的特點(diǎn)可知，第i-i水平剖面與斜圓錐面(B)交線aibi的半徑R3i為：(當(dāng)zi小于h1時(shí))(2-1)(zih1時(shí)，垂直柱面(E)與i-i水平面相交)式中：R0尾水管肘管段進(jìn)口半徑；zi第i水平面距xoy平面的距離；e0斜圓錐面圓心與機(jī)組中心線最大偏距；ei第i水平剖面與斜圓錐面交線圓弧aibi圓心距機(jī)組中心線的距離；R3i第i水平剖面處斜圓錐面的半徑。(2)肘管段平面角的計(jì)算：在圖3(2-2)剖面中(2-2)式中：B尾水管擴(kuò)散段出口寬度；l0尾水管彎管段的長(zhǎng)度。(3)水平剖面C(C)點(diǎn)坐標(biāo)的計(jì)算：C點(diǎn)為斜平面(C)與圓環(huán)面(A)相交之點(diǎn)，只要求出水平剖面與斜平面(C)相交得到的直線方程和與圓環(huán)面(A)相交得到的圓弧方程，C點(diǎn)坐標(biāo)即可確定。求第I剖面中biCi直線的方程：(見(jiàn)圖3i-i剖面)設(shè)biCi直線方程為：y=xtgbi(23)ki點(diǎn)到該直線的距離為R3i，ki點(diǎn)坐標(biāo)為(ei,0)，所以有：(24)求圓弧CiCi的方程：圓弧半徑R4i為(如圖3I-Ii-i剖面)(2-5)式中：R4H1圓心O3至機(jī)組中心線的距離(如圖3I-I剖面)；R1圓環(huán)面(A)與通過(guò)圓心O徑向垂直剖面交線圓弧的半徑；h1尾水管肘管段上部高度。CiCi方程為：x2+y2=R4i2求Ci(Ci)點(diǎn)的坐標(biāo)只有當(dāng)zih1時(shí)圓環(huán)面(A)才與斜平面(C)相交，所以zih1時(shí)Ci(xci,yci)座標(biāo)為：解得：(26)當(dāng)zih1時(shí)斜平面(C)已不與圓環(huán)面(A)相交，假定：(27)(4)求Ci點(diǎn)與圓心O點(diǎn)連線和正x軸方向的夾角ci：(28)當(dāng)xci=0時(shí)，ci=0，ci在0180范圍內(nèi)。(5)b(b)點(diǎn)坐標(biāo)的計(jì)算在第i水平剖面中(如圖3中i-i剖面)，bi點(diǎn)為直線biki與biCi的交點(diǎn)，且biki垂直于bici，已知ki點(diǎn)坐標(biāo)為(ei,0)biki方程為：(29)聯(lián)立(23)與(29)方程即可求得bi點(diǎn)座標(biāo)(xbi，ybi)(210)(6)求a點(diǎn)的座標(biāo)當(dāng)zi時(shí)，水平剖面與斜圓錐面(B)、斜平面(C)和圓環(huán)面(A)相交，ai點(diǎn)坐標(biāo)為：(211)當(dāng)zi時(shí)，水平剖面分別與斜圓錐面(B)(或垂直圓柱面(E)、水平圓柱面(D)，斜平面(C)和圓環(huán)面(A)相交。水平柱面(D)與第i水平剖面交線aiai方程為：(212)式中：