[實用新型]一種用于水輪機的尾水管

有效

• 申請號: 201420291918.1
• 申請日: 2014-06-03
• 公開（公告）號: CN203962278U
• 公開（公告）日: 2014-11-26
• 發明（設計）人: 楊栗晶
• 申請（專利權）人: 中山市創想模型設計有限公司
• 主分類號: F03B11/00
• 分類號: F03B11/00
• 代理公司: 中山市科創專利代理有限公司 44211
• 代理人: 尹文濤

【技術領域】

本實用新型涉及流體機械及工程設備技術領域，具體涉及一種用于水輪機的尾水管。

【背景技術】

水輪機是把水流的動能轉換為機械能的動力機械，屬于流體機械中的透平機械。現代水輪機大多數安裝在水電站內，用來驅動發電設備，水輪機一般都設有尾水管，尾水管通常設計成一種管徑橫截面面積由小增大的彎管，轉輪出口處的水流經過尾水管時，流速下降，壓力升高，形成逆壓力場，因此尾水管又叫做擴壓管。其作用是：把轉輪出口處的水流排向下游，并回收轉輪出口處一部分水流的能量，盡最大化地利用水流的位能。在實際運用中我們希望尾水管中水流的流動盡可能平穩，擴壓效果盡可能好，恢復系數盡可能高。

然而在實際工作中，尾水管往往存在著以下幾種狀況。

其一，由于尾水管是一種擴壓式的管道，當水流流經尾水管時，容易引起脫流、二次回流以及流動不穩定的現象，特別是對于彎肘式的尾水管，這種現象更為明顯。

其二，當水輪機在偏離最優工況運行時，進入尾水管的流動就會變得更加的復雜，水流在周期性非平穩因素及離心力的影響下產生偏心，并形成偏心渦帶，偏心渦帶以低頻的周期在尾水管內旋轉，撞擊著尾水管的壁面，形成反射波向上游傳播而旋進，進而出現回流區，致使尾水管產生壓力脈動，當偏心渦帶誘發的壓力脈動頻率接近機組的某一個固有頻率時，又將引起強烈的共振。

上述這些問題不僅會使機組的運行存在著不穩定的情況，還使尾水管的恢復系數降低，致使水輪機的工作效率下降。

實用新型專利號：201210209725.2，其公開了一種水輪機尾水管渦流發生器，包括水輪機尾水管和若干對均勻排列在水輪機尾水管內壁的金屬葉片，每個金屬葉片的形狀為直角梯形，每個梯形葉片含上底、下底、高和斜邊，其中梯形的高作為安裝截面，固定在尾水管的內壁，上底安裝在接近尾水管進水口的一側，下底安裝在遠離尾水管進水口的一側，渦流發生器的安裝截面為尾水管內部旋渦開始形成的截面，每對金屬葉片中兩個梯形葉片對稱使用，兩葉片所在平面關于中心軸線對稱。該實用新型在一定程度上增加了其運行的穩定性，減小了脈動壓力，但是設在尾水管內壁的金屬片在破壞偏心渦帶使水流平穩運行的同時，也使得水流損失大量的能量，因此，能量恢復系數有待進一步提高，以提高水輪機的效率。

本實用新型即對現有技術的不足研究而提出。

【實用新型內容】

本實用新型要解決的技術問題是提供一種用于水輪機的尾水管，在尾水管的通道內設有前后兩端開口的整流筒，整流筒與錐管段同軸，水輪機的水流經轉輪出口流出，并進入尾水管的錐管段，錐管段內的水壓有軸心小周邊大的特點，當水流在錐管段內某個位置遇到前后開口的整流筒后會使軸心的水壓增加，周邊的壓力相反會減小，所以這樣就會使軸心和周邊的壓力差減小，從而可以實現抑制偏心渦帶的產生及影響。它可在不影響水輪機功率輸出的情況下有效地減慢直錐段軸心部分的水流速度，使得水流更穩定并延長推動水輪機轉輪持續做功的時間，在不增加直錐管高度，也即不增加水電站的下部開挖的前提條件下，實現了提高能量恢復系數的目標，使水輪機的能量轉換效率得到提高。

為解決上述技術問題，本實用新型一種用于水輪機的尾水管有兩種實施方式，第一種實施方式包括前端開口小且后端開口大的錐管段，所述錐管段前端與水輪機轉輪出水口對接，其特征在于所述錐管段的通道內設有與其同軸且前后開口的整流筒。

所述錐管段軸向長度為L1，所述整流筒軸向長度為L2，所述整流筒前端面距離錐管段后端面為L3，滿足L2<0.5L1,0<L3<L1。

所述錐管段前端口內徑為D1，所述錐管段后端口內徑為D3，所述整流筒外接圓內徑為D2，滿足0.1D1<D2<D3。

所述整流筒為中空狀且前后開口的圓柱筒，或者正多邊形筒，或者喇叭筒，或者直錐筒，所述直錐筒的錐角為0°～20°。

所述整流筒也可以采用由三個相同的、呈中空狀且前后開口的正六邊形筒拼接而成蜂窩狀結構，相鄰兩個正六邊形筒互成120°。

為了將整流筒相對錐管段固定，第一種固定方式采用在所述整流筒外表面與錐管段內表面之間沿周向設有固定桿，用于將整流筒固定連接在錐管段上。

第二種固定方式采用在所述整流筒的后端用支撐桿固定連接，所述支撐桿另一端固定于地面上。