[發明專利]一種利用圓筒組成的導流柵作抑渦裝置的尾水管

在審

• 申請號: 202010660445.8
• 申請日: 2020-07-10
• 公開（公告）號: CN111927672A
• 公開（公告）日: 2020-11-13
• 發明（設計）人: 何秀華;濮澤吉;張聰;史嘉偉
• 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

本發明公開水輪機的一種利用圓筒組成的導流柵作抑渦裝置的尾水管，包括一個軸向截面為錐形的直錐筒，直錐筒內部中間設置由圓筒、中間圓筒和內圓筒這三個圓筒組成的導流柵，外圓筒、中間圓筒和內圓筒由外而內依次有間隙地空套且不接觸，三個圓筒具有相同的中心軸，該中心軸與直錐筒的中心軸共線，三個圓筒都通過支架固定連接直錐筒的內壁；外圓筒、中間圓筒、內圓筒的內徑比為3:2:1，三個圓筒的軸向高度相同，上、下端面分別平齊；當水流從轉輪出口進入直錐筒時，渦帶運動到導流柵處，由于三層圓筒的存在，死水區被隔離開來，渦帶無法向外圍發展運動，部分偏心渦帶被破壞，減小渦帶偏心距，消除部分漩渦，從根源上減弱壓力脈動。

技術領域

本發明屬于流體機械中的透平機械，涉及水輪機結構，具體是一種中比轉速混流式水輪機的尾水管。

背景技術

水輪機是一種能夠把水流的勢能轉變為機械能的動力機械，它以水流為動力帶動其他機械工作。水輪機一般都會在轉輪出口處設置尾水管，將從轉輪流出的水流收集起來送入下游河道以及回收利用轉輪出口水流的剩余能量。當水輪機偏離設計工況運行時，轉輪出口速度可能產生圓周分量，引起尾水管內部中心壓力低，四周壓力高，尾水管中心區域形成一個死水區，中心部位的水流逆流而上形成逆向流，同時產生周期性偏心運動，形成有規律的螺旋形渦帶，渦帶的周期性擺動，會在尾水管壁某一固定點產生一個周期性變化的壓力，從而造成嚴重的壓力脈動現象，引起機組的振動，影響水輪機的平穩運行。工程上對于尾水管的壓力脈動采用如下措施解決：

1）在尾水管內加導流結構，消除環流，以達到消除或減弱偏心渦帶的目的；

2）在尾水管內設置補氣裝置，破壞尾水管的真空。但補氣會引起某些不良現象，例如，在正常運行工況下，水輪機的出力會降低，有時轉輪后面的壓力脈動反而增大；

3）改進轉輪出口結構，從而削弱壓力脈動。但是該方法并不適用所有工況，且對水輪機整體運行影響較大。

目前，在尾水管內添加抑渦裝置，能限制尾水管內旋渦的強度，降低尾水管的壓力脈動，增加水輪機組在非額定工況下運行的穩定性與安全性，減少水輪機組的維護成本，同時對于水輪機的整體效率并沒有很大的影響。例如中國發明專利申請號為2019104063290的文獻中公開了一種具有橢圓和正六邊形網格的直錐形尾水管，其主要是通過分流筒分隔主流區與死水區，通過橢圓和正六邊形網格的分流片破碎尾水管內壁面的渦帶，以到達降低尾水管壓力脈動的目的。但由于其分流片的結構與布置形式，使得過流斷面面積較小，主流區局部流體流速變低，易產生回流。除此之外，內嵌分流片的設計，當分流片與分流筒出現破損的情況，不易進行拆卸更換。

發明內容

本發明為了克服現有技術的不足，提出一種能削弱壓力脈動、保持水輪機穩定運行的利用圓筒組成的導流翼柵作抑渦裝置的直錐型尾水管，擁有較大的過流面積，對主流區產生較小的影響，同時減弱死水區的環流，降低死水區的環流，即減弱渦帶的強度。

本發明采用的技術方案是：包括一個軸向截面為錐形的直錐筒，直錐筒上端是進口，下端是出口，直錐筒內部中間設置由圓筒、中間圓筒和內圓筒這三個圓筒組成的導流柵，外圓筒、中間圓筒和內圓筒由外而內依次有間隙地空套且不接觸，三個圓筒具有相同的中心軸，該中心軸與直錐筒的中心軸共線，三個圓筒都通過支架固定連接直錐筒的內壁。

外圓筒、中間圓筒、內圓筒的內徑比為3:2:1，三個圓筒的軸向高度相同，上、下端面分別平齊，三個圓筒的上、下端面與直錐筒的上端面平行。

支架水平徑向布置的實心長圓柱體，其外端固定連接直錐筒的內壁，內端依次固定穿過外圓筒和中間圓筒與內圓筒的外壁固定連接；在軸向上，支架連接于導流柵的中間位置。