内 容 提 要

本书共分五章，主要内容包括：水轮机引水部件的结构及受力分

析；导水机构的典型结构型式和主要零件的强度计算；轴流式和混流

式转轮的结构分析及主要零件受力的计算方法；混流式水轮机的迷宫

止漏计算；水轮机主轴和轴承结构型式，主轴强度和刚度计算，橡胶

轴承的水力计算。此外，对其它型式水轮机的结构和受力分析，也作

了简要介绍。

本书内容比较紧凑，简明扼要，为高等院校水电站动力设备专业

的选修教材，也可供从事水力机械专业的工作人员参考。

目 录

前 言

第一章 反击式水轮机的蜗壳及座环的结构和强度计算

第一节 金属蜗壳的结构型式

第二节 金属蜗壳的强度计算

第三节 水轮机座环的结构型式

第四节 混凝土蜗壳座环的强度计算

第二章 反击式水轮机导水机构的结构及其强度计算

第一节 导水机构的结构型式

第二节 导叶转动机构的结构型式

第三节 导水机构的止漏装置和导叶的间隙调整

第四节 导水机构接力器

第五节 导叶的受力分析及强度计算

第六节 水轮机顶盖

第三章 反击式水轮机转轮的结构及强度计算

第一节 轴流式水轮机转轮结构型式

第二节 轴流式水轮机转轮结构部件

第三节 轴流式转轮接力器容量计算

第四节 转桨式水轮机转轮主要零件受力分析及强度计算

第五节 混流式水轮机转轮结构型式及受力分析

第六节 混流式水轮机转轮的止漏装置

第四章 水轮机主轴与轴承

第一节 大型水轮机主轴的结构

第二节 主轴的强度和刚度计算

第三节 水轮机轴承的结构

第四节 水轮机橡胶轴承的水力计算

第五章 其它型式水轮机

第一节 斜流式水轮机

第二节 贯流式水轮机

第三节 水斗式水轮机

参考文献

第一章 反击式水轮机的蜗壳及

座环的结构和强度计算

第一节 金属蜗壳的结构型式

水轮机蜗壳可分为金属蜗壳和混凝土蜗壳两种，金属蜗壳主要应用于高水头，混凝土

蜗壳主要应用于低水头。本节着重说明金属蜗壳的结构型式及其特点。

金属蜗壳的断面形状是采用圆形断面，但在接近鼻端的地方，由于结构上的要求，断

面应做成椭圆形，金属蜗壳的包角φmax在300°～345°之间。蜗壳的轮廓形状及其尺寸的变

化规律都必须由水力计算确定，一般采用蜗壳中的水流符合等速度矩定律来进行设计，即

Vur＝常数。

金属蜗壳按其制造型式可分为：钢板焊接蜗壳和铸造蜗壳，前者一般应用于中水头的

大、中型水电站上，后者一般应用于高水头大、中型水电站或者是低水头小型机组上。究

竟采用哪种型式合适，必须根据不同水电站的具体条件作具体分析。

图1－1所示为钢板焊接蜗壳的结构

型式，它由28节焊成，每节又由几块钢

板拼成，蜗壳与座环之间的连接有铆焊、

搭接焊、对接焊等三种连接方式。焊接

蜗壳的节数不应太少，否则将影响蜗壳

的水力性能。但是，为了使蜗壳线型尽

量光滑，改善其水力性能而采用过多的

节数，其结果会给制造和安装带来困难，

也是不合理的。

根据蜗壳不同的断面受力情况不

同，可以采用不同的钢板厚度，一般是进口断面的厚度较大，由此到鼻端的断面厚度逐渐

减小。在同一断面中它的应力大小也是不一样的，则钢板的厚度也不一定相同。在接近座

环的地方应力较大，采用较厚的钢板；在其他位置应力较小，采用较薄的钢板。这样采用

不同厚度的钢板焊接，可以节省大量的钢材。上述钢板的厚度由强度计算决定，下一节予

以讨论。

焊接蜗壳一般在制造厂都不焊成整体，而是在水轮机安装现场才进行焊接，因为这样

便于运输。考虑到安装时可能出现的误差，在制造时焊接蜗壳中有一节做成比较长，以便

在焊接时用它来凑合，该节称为凑合节，它一般是蜗壳中间的一节。蜗壳鼻端的结构形状

比较复杂，它是制造厂焊接好以后才运至水电站安装场的。

随着水轮机单机容量的增加，蜗壳的尺寸也越来越大。相应地，焊接蜗壳的钢板也越

来越厚。这样就给卷板工作带来困难。因此，对大型水轮机又采用了以下两种结构型式，

以减小钢板的厚度：

（1）在普通焊接蜗壳的外面，加上若干加强筋（图1－2），这时钢板的厚度就可以适当

减小。采用这种结构时，金属和焊条的消耗量都有所增加，但因钢板厚度的减小而减少了

卷板工作量，使焊接蜗壳能够应用到更大的机组上去。

（2）采用双引水的蜗壳（图1－3），这种蜗壳的每一个进水口包括了一半的座环，双

引水蜗壳的水力半径可以相应减小 的比例系数，可见钢板的厚度必然相应减小。此外

通过模型试验得知，这种结构型式的蜗壳，作用在水轮机转轮的辐向内力要比通常蜗壳小

些，但是在同等过水断面积的情况下，这种蜗壳的水力损失要大些，为了不减小它的水力

损失，必须要增加过水断面10％左右。

焊接蜗壳在设计时，是按薄壳理论进行计算。这种结构仅能承受内压力而不能承受来

自蜗壳外部的压力，所以焊接蜗壳埋入混凝土时，在蜗壳外面的钢板，应做成一个拱形结

构的配筋，使蜗壳上部的混凝土重量及其他重量，经过这个拱直接传至座环和基础上去。

同时，在蜗壳外表面与混凝土之间加一层弹性层，弹性层的厚度一般是50mm左右，弹性

层是由油毛毡、沥青和石棉等物组成。

铸造蜗壳应用于高水头混流式水轮机，因为高水头水轮机的流量一般比较小，所以它

所要求的蜗壳尺寸也比较小，则在铸造上有可能生产。同时，在高水头时，蜗壳的厚度要

求比较大，如果采用焊接蜗壳，卷板技术常常无法解决。这时必须采用铸造结构。

铸造蜗壳刚度比较大，它能承受一定的外压力，常作为水轮机的支承点，并在它上面

直接布置导水机构、接力器、导轴承和其他零件。铸造蜗壳一般都不全部埋入混凝土，它

或者支承在水轮机基础环上，或者部分地埋入混凝土。

在设计水头很高的铸造蜗壳时，应该特别注意各节之间法兰联接的刚度。刚度太小

会使联接不紧密，影响蜗壳的正常工作。同时，为了防止水轮机突然停车时发生的水锤影

响，在高水头蜗壳上常装有空放阀。

铸造蜗壳除了应用于高水头的中、大型电站外，它还常用于水头不高的小型机组上，

因为这从经济上和铸造上来看都是有利的。根据应用水头的不同，铸造蜗壳可以采用不同

的材料，当水头小于120m时一般都采用铸铁材料，当水头大于120m时则多用铸钢。当水

头很高，而水中含沙量较大时，也可应用不锈钢的铸造蜗壳。