一种水轮机蜗壳的制作方法

本实用新型涉及一种水轮机，特别是一种发电用水轮机蜗壳。

背景技术：

据统计，在目前已经运行的水电站中，大约有五分之一到四分之一的水轮机过流部件均遭受泥沙磨损的危害。遭受泥沙磨损的过流部件，主要是叶片和转轮，电站每年由此造成的电能损失以及检修费用和设备更新费用高达几十亿元，损失巨大。为了降低泥沙对过流部件的磨损，必须减少通过过流部件的泥沙含量。

为了解决上述问题，在CN203383966U公开了名称为“一种具有排沙管的蜗壳”的实用新型专利，它公开了一种减沙抗磨的水轮机蜗壳，在水轮机蜗壳外侧靠近鼻端处、顺水流方向设置有与蜗壳内部相通的排沙管，排沙管上设置有截止阀门，排沙管与尾水管连通，直接将泥沙排到下游。在汛期时打开排沙管，通过蜗壳水沙分离效应将高浓度、粗颗粒泥沙导入排沙管，减少过机含沙量，减轻水轮机转轮的磨蚀。虽然这样做可行，但是，该排沙管是随意设置在水轮机蜗壳外侧且带有折角，使其排沙效果大打折扣，影响了整机的正常工作。

技术实现要素：

本实用新型的目的就是提供一种能有效排出水轮机蜗壳内泥沙的水轮机蜗壳。

本实用新型的目的是通过这样的技术方案实现的，一种水轮机蜗壳，包括蜗壳本体，在所述蜗壳本体内设置有经水流通过的流道，在所述蜗壳本体外壁上且位于流道尾部设置有与流道相通的排沙管，所述排沙管为一直管。

为了能够排出泥沙顺畅，所述排沙管与蜗壳本体重力方向之间的夹角为20°至25°。

对于上述的夹角，需要根据应力结构选取蜗壳上的特定位置，以保证结构稳定，选取位置标准如下：

进入蜗壳流道内的沙粒，主要受到水流旋转产生的离心力F1和自身重力F2的共同作用，两者方向互相垂直。

离心力F1：F1=mωr=m(2πn/60)²r；n为机组转速，r为沙粒重心至机组旋转中心距离

重力F2： F2=mg；m为沙粒质量，g为重力加速度9.81m/s²；夹角 θ=arctan(F1/F2)

根据蜗壳内沙粒的受力作用图可以看出，机组在运行时，沙粒随水流在蜗壳中运动，转速基本不变，其受到的离心力大小仅与r大小有关。沙粒从进入蜗壳至完全排出过程中，受到的离心力逐渐减小，在蜗壳尾部附近离心力降为最小，几乎只受自身重力的作用，最终聚集在尾部。故在此区域设置排沙管，将大量的减少沙粒在蜗壳内的聚集。

进一步优选，所述排沙管与蜗壳本体重力方向之间的夹角为18°。

为了能够进一步顺利排出泥沙，所述排沙管的轴心线与蜗壳本体的竖直中心线在圆周方向的向下夹角为2°至7°。

进一步优选，所述排沙管的轴心线与蜗壳本体的竖直中心线在圆周方向的向下夹角为3°至5°。

为了能够排出较大的泥沙，所述排沙管的直径大于等于30mm。

为了便于排沙管与蜗壳本体的焊接，所述排沙管与蜗壳本体的硬度差小于HB30。

为了便于开关排沙，在所述排沙管的外端上设置有阀门。

由于采用了上述技术方案，本实用新型具有结构简单、使用可靠、成本低廉的优点，采用它能够及时排出蜗壳内的泥沙，减少通过导叶及转轮的含沙量，减少了磨损，延长了水轮机过流部件的使用寿命，提高电站机组的运行效率和经济效率。

附图说明

本实用新型的附图说明如下：

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为图1的A-A剖视图；

图3为图2中P向结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步详细的说明，但本实用新型并不局限于这些实施方式，任何在本实施例基本精神上的改进或替代，仍属于本实用新型权利要求所要求保护的范围。

实施例1：如图1、2、3所示，一种水轮机蜗壳，包括蜗壳本体1，在所述蜗壳本体1内设置有经水流通过的流道2，在所述蜗壳本体1外壁上且位于流道2尾部设置有与流道2相通的排沙管3，所述排沙管3为一直管。

所述排沙管3与蜗壳本体1重力方向之间的夹角为20°至25°。

优选为：所述排沙管3与蜗壳本体1重力方向之间的夹角为18°。

为了能够使得泥沙顺利排出，所述排沙管3的轴心线与蜗壳本体1的竖直中心线在圆周方向的向下夹角为2°至7°。

其中，优选为：所述排沙管3的轴心线与蜗壳本体1的竖直中心线在圆周方向的向下夹角为3°至5°。

进一步，所述排沙管3的直径大于等于30mm。在机组发电过程中，通过拦污栅进入蜗壳本体的最大异物直接为30mm，且尽可能减少机组的容积损失，确保蜗壳本体排沙效果，所以排沙管3的直径选用大于等于30mm。

为了便于排沙管与蜗壳本体的焊接，所述排沙管3与蜗壳本体1的硬度差小于HB30。当焊接完成后，需进行无损探伤处理。

进一步，在所述排沙管3的外端上设置有阀门4。工作中，水流流入蜗壳本体1内的流道，而泥沙则通过排沙管3排出，减少了固定导叶通过的泥沙量，丰水期时，排沙管阀门4保持打开，减少泥沙通过固定导叶的量，枯水期时，排沙管阀门4关闭，保证水轮机的运行效率。