[發明專利]一種具有橢圓和正六邊形網格的直錐形尾水管

有效

• 申請號: 201910406329.0
• 申請日: 2019-05-15
• 公開（公告）號: CN110259622B
• 公開（公告）日: 2020-09-25
• 發明（設計）人: 張聰;何秀華;楊千
• 申請（專利權）人: 江蘇大學
• 主分類號: F03B3/18
• 分類號: F03B3/18;F03B11/04
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開一種安裝在水電站的水輪機中的具有橢圓和正六邊形網格的直錐形尾水管，其最外部是軸向截面為錐形的直錐筒，直錐筒上端是錐形小端、下端是錐形大端，直錐筒內部設置軸向截面是錐形的分流筒，分流筒上端是錐形小端、下端是錐形大端，分流筒的外側壁和直錐筒的內側壁之間固定嵌有軸向截面是錐形的分流片，分流片上端是錐形大端、下端是錐形小端，分流片上沿圓周方向均勻固定嵌有若干個橢圓形網格片，每個橢圓形網格片的中間是連續相接的正六邊形網格孔、四周邊緣是不規則多邊形網格孔，用來減少渦帶偏心距，流體在經過橢圓形網格片時，流體邊界層分離小，降低尾水管內部周圍與中心的壓力差，削弱渦帶徑向脈動，延長尾水管使用壽命。

技術領域

本發明涉及流體機械及工程設備領域，具體涉及一種安裝在水電站的水輪機中的直錐形尾水管結構。

背景技術

水輪機安裝在水電站中，通過水位勢差，將水的勢能轉變為動能。當水流從水輪機的轉輪離開的過程中，水流速度逐漸減小，而壓力隨之增大，當水流進入轉輪下方的尾水管時，在尾水管內部因為周圍壓力大而中心壓力小，導致周圍和中心壓力差變大，水流流速降低壓力提高，引起渦帶的破碎和偏心現象，與此造成嚴重的徑向壓力脈動現象，同時也會容易發生二次回流的現象，從而影響水輪機的整體運行的平穩性能。

水輪機的尾水管中形成的渦帶是一種特殊形式的漩渦，當水輪機在部分負荷工況下運行時，水輪機實際運行工況的流量小于設計工況的流量時，在尾水管內部會產生強烈的壓力脈動現象，這種壓力脈動嚴重水輪機組穩定運行。為了減小這種壓力脈動，保證水輪機組穩定運行，在工程領域采用一些措施，這些措施主要分為以下三個方面：

一、通過改變轉輪出口設計，具體為加長轉輪泄水錐，來減小尾水管中渦帶的壓力脈動；該方案主要存在的問題是：水輪機的轉輪是和水輪機組的主軸相連接的，在消減渦帶的同時會引起轉輪帶動主軸振動現象，嚴重時引起主軸的共振現象，嚴重影響水輪機的穩定運行。

二、通過設計一定渦帶抑制結構來減少渦帶的壓力脈動，具體為在尾水管內安裝多級導流柵結構，消減尾水管渦帶偏心，削弱壓力脈動；該方案主要存在的問題是：尾水管內部由于渦帶的存在，會有很明顯的壓力梯度的變化，會發生明顯的空化和空蝕，這種空化和空蝕會嚴重破壞導流柵，導致導流柵使用壽命很短，經濟效果非常差，同時導流柵加工要求高，裝配難度大，具體實施帶來很多困難。

三、通過在水機組設置補氣和補水裝置，具體為在轉輪出口安裝高壓補氣和補水裝置，減少渦帶偏心，該方案主要存在的問題是：在尾水管出口處，壓力脈動依舊很明顯，高壓射流導致高低壓水流混摻，流體能耗加大，尾水管回收能量效率低，也加劇尾水管中的空化，減小尾水管使用壽命。

發明內容

本發明是為解決現有水輪機的尾水管內渦帶偏移和破碎引起的壓力脈動問題，提出一種能減小壓力脈動、提高水輪機平穩運行的具有橢圓和正六邊形網格的直錐形尾水管。

本發明采用的技術方案是：其最外部是軸向截面為錐形的直錐筒，直錐筒的上端是錐形小端、下端是錐形大端，直錐筒內部設置軸向截面是錐形的分流筒，分流筒的上端是錐形小端、下端是錐形大端；分流筒的外側壁和直錐筒的內側壁之間固定嵌有軸向截面是錐形的分流片，分流片的上端是錐形大端、下端是錐形小端，直錐筒、分流筒和分流片三者的中心軸共線；分流片上沿圓周方向均勻固定嵌有若干個相同的橢圓形網格片，每個橢圓形網格片的橢圓的長軸方向沿分流片的母線方向，每個橢圓形網格片的中間是連續相接的正六邊形網格孔、四周邊緣是不規則多邊形網格孔。

進一步地，直錐筒下端面的外徑D₂＝0.88L₁,直錐筒上端面的外徑D₁＝0.32L₁，L₁是直錐筒的軸向高度。