Графоаналитический расчет бетонной спиральной камеры таврового сечения.

Бетонные спиральные камеры большей частью имеют тавровые поперечные сечения (рис. 7.5), так как при этом обеспечивается более удобное производство строительных работ.

Для бетонных спиральных камер в практике отечественного турбиностроения угол охвата φ_СП = 180 ÷ 225°, чаще всего φ_СП = 180.

Выбор соотношений размеров m и n (рис. 7.5) определяется конструкцией подводной части гидроэлектростанции и турбинного оборудования. С точки зрения гидравлики нет препятствий к выбору любых соотношений m и n в пределах от m= b — b₀ и n = 0 до m = 0 и n = b — b₀.

При n = 0 спиральная камера получает развитие вниз относительно направляющего аппарата турбины. Это уменьшает объем бетона в массиве подводной части и освобождает пространство между перекрытием спиральной камеры и полом машинного зала, которое может быть использовано для вспомогательного оборудования гидроэлектростанции. При такой форме спиральной камеры, в частности, удобно размещаются шахты сервомоторов направляющего аппарата. Поэтому выгодно принимать n = 0, кроме тех случаев, когда подводная часть станции используется для водосбросных галерей. В этом случае сечение спиральной камеры должно развиваться вверх.

Рисунок 7.10. Тавровое сечение бетонной спиральной камеры

с плоским потолком, n = 0

Необходимые при проектировании размеры диаметров расположения осей лопаток направляющего аппарата D₀, входных D_а и выходных D_b кромок статорных ребер (рис. 7.5 и 7.10) даны в таблице 7.3. Построив входное сечениеABGHDC (рис. 7.11), через которое пропускается расход Q_ВХ со средней скоростью v_C, переходят к определению положения в плане других сечений спирали.

Рисунок 7.11. К расчету спиральных камер, имеющих радиальные сечения тавровой формы. Вершины наружных углов лежат на кривых AG и СН.

Изменение сечений производится закономерно, так, чтобы вершины наружных углов лежали на прямых AG и СН (рис. 7.11) или на кривых AG и СН (рис. 7.11). Обычно задают зависимость между размером а сечения и его высотой по параболическому закону, причём для части сечения, расположенной выше направляющего аппарата — по кубической параболе, а для части, расположенной ниже направляющего аппарата — по квадратичной параболе.

Таким образом:

для верхней части сечений: n = к₁ ∙а³

для нижней части сечений: m = к₂ ∙а²

Здесь коэффициенты к₁ и к₂ определяются по заданным размерам входного сечения: к₁ = n_ВХ / а³_ВХ ; к₂ = m_ВХ / а²_ВХ .

Аналитический расчет спиральных камер с тавровыми радиальными сечениями. При простых формах радиальных сечений спиральной камеры, например с сечениями тавровой формы (рис.7.11) J_i может быть определен аналитически, а именно для любого сечения i:

Здесь: m = (r_k – r_a)ctgγ , и n = (r^I_k – r_a)ctgδ, следовательно:

Для спиральных камер с плоским потолком n = 0 и r^I_k = r_a, поэтому для них справедливо выражение:

Задаваясь углом r_i (как правило с шагом 0.3 ÷ 1.0 м) и расчитывая радиус φ_i можно изобразить зависимость φ_СП = f (R_i) и в конечном итоге построить очертание спиральной камеры.

В определение величины J_i входит постоянный член - , остальные данные расчета сводятся в таблицу:

Наименование величины Сечения

1 … i (конечное)

Радиус r_i , м

Высота b, м

r_k , м

r_k / r_а

ln r_k / r_а

r_i / r_а

ln r_i / r_а

bln r_i / r_a

r_k ctgγ, м

r_k ctgγ ln r_k / r_а м

m, м

J_i

φ_i

Q м³ / с

F м²

v_СР

Таблица 7.3