[發明專利]利用三個正六邊形通槽組成的導流柵作抑渦裝置的尾水管

在審

• 申請號: 202010660471.0
• 申請日: 2020-07-10
• 公開（公告）號: CN111927674A
• 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

本發明公開一種與水輪機轉輪出口相連接的利用三個正六邊形通槽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上下貫通的直錐筒，直錐筒內部中間位置設置由三個橫截面呈正六邊形的通槽組成的導流柵，導流柵中心軸與直錐筒的中心軸共線，三個通槽沿圓周方向均勻布置，每個通槽由六個槽壁圍成，相鄰兩個通槽共有相同的一個槽壁，三個共有槽壁沿直徑方向布置，三個通槽都共有相同的一個頂角，該共有頂角在導流柵的中心軸上，共有頂角的中心軸與導流柵中心軸共線；當水流通過導流柵時，渦帶因為導流柵的阻隔無法進一步向尾水管壁發展，導流柵破碎一部分渦帶，減少渦帶的偏心距且降低渦帶的強度，從而減弱渦帶造成的壓力脈動現象。

技術領域

本發明屬于流體機械中的透平機械，是一種高比轉速混流式水輪機，具體是與水輪機的轉輪出口相連接的尾水管結構。

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，屬于流體機械中的透平機械。一般的水輪機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一般采用如下措施解決：

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。然而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，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，大大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201910402573.X的文獻中公開的一種具有圓形和橢圓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，分流筒內部含有帶圓形和橢圓形網格的圓盤形分流片，通過圓形和橢圓形網格來破碎渦帶，以到達降低尾水管壓力脈動的目的，但是這種尾水管存在的問題是：由于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，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

本發明為了克服上述現有技術的不足，提供一種利用三個正六邊形通槽組成的導流柵作抑渦裝置的尾水管，增加對中心部位死水區的控制，抑制環流運動，并且具有更加穩定的結構。

本發明采用以下技術方案實現上述目的：包括一個軸向截面為錐形的上下貫通的直錐筒，上端是錐形小端且是進口，下端是錐形大端且是出口，直錐筒內部中間位置設置由三個橫截面呈正六邊形的通槽組成的導流柵，導流柵中心軸與直錐筒的中心軸共線，三個通槽沿圓周方向均勻布置，每個通槽由六個槽壁圍成，相鄰兩個通槽共有相同的一個槽壁，三個共有槽壁沿直徑方向布置，三個通槽都共有相同的一個頂角，該共有頂角在導流柵的中心軸上，共有頂角的中心軸與導流柵中心軸共線，

導流柵和直錐筒的內壁之間固定連接三個長支架和三個短支架。每個長支架的外端固定連接直錐筒的內壁，內端固定連接一個共有槽壁的外端處，和共有槽壁在相同的直徑方向上；每個短支架的外端固定連接直錐筒的內壁，內端固定連接最靠近直錐筒內壁的一個通槽的頂角處，短支架沿直徑方向布置。

三個通槽的槽壁厚度相同。導流柵的下端面與直錐筒上端面平行。