專利名稱：一種新型尾水管的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于流體機(jī)械以及工程設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，具體是涉及一種 用于水輪機(jī)出口的尾水管。
技術(shù)背景在水力發(fā)電裝置中，水輪機(jī)的出口處都裝有尾水管，它的作用是把 轉(zhuǎn)輪流出的水導(dǎo)向下游，并能回收轉(zhuǎn)輪出口的一部分能量，使水流的落 差勢(shì)能得到充分利用，提高水輪機(jī)的效率。要做到這一點(diǎn)，在轉(zhuǎn)輪出口 處需要造成小于大氣壓的負(fù)壓，對(duì)水輪機(jī)出口產(chǎn)生吸力。因此，尾水管 也叫吸出管。在吸出高度為正值時(shí)，借助于尾水管，可將水輪機(jī)的轉(zhuǎn)輪 安裝在下游水位以上，收回一部分流速水頭的能量。在應(yīng)用中，我們希 望尾水管內(nèi)部的流動(dòng)盡可能穩(wěn)定，出口流速也盡可能穩(wěn)定、均勻，同時(shí) 要求壓力恢復(fù)系數(shù)盡可能高。水輪機(jī)的尾水管不但是水力發(fā)電設(shè)備中能量回收的重要部件，而且 對(duì)機(jī)組的整體能量特性和穩(wěn)定運(yùn)行具有很大的影響。由于尾水管中的流 動(dòng)為減速擴(kuò)壓游動(dòng)，容易形成流動(dòng)分離、回流和流動(dòng)不穩(wěn)定性。對(duì)彎曲 的尾水管，由于存在水流方向的轉(zhuǎn)變，流動(dòng)分離更容易形成，并且會(huì)因 管路彎曲而存在二次流動(dòng)，流動(dòng)過(guò)程也會(huì)產(chǎn)生復(fù)雜的局部脫流和回流的 現(xiàn)象以及相應(yīng)的不穩(wěn)定流動(dòng)。特別是當(dāng)水輪機(jī)在偏離最優(yōu)工況運(yùn)行時(shí)， 進(jìn)入尾水管的流動(dòng)就更加復(fù)雜，極易產(chǎn)生壓力波動(dòng)，使水輪機(jī)組產(chǎn)生近 似周期性的振動(dòng)，造成這種現(xiàn)象的原因主要有兩方面其一，尾水管進(jìn)口處存在切向速度分量的水流夾帶著空蝕氣泡在離 心的作用下形成與水流共同旋進(jìn)的尾水渦帶，尾水渦帶在周期性非平衡 因素的影響下產(chǎn)生偏心，并以低頻的周期在尾水管內(nèi)旋進(jìn)，撞擊著尾水 管的壁面，所形成的反射波向上游傳播，造成機(jī)組出力的擺動(dòng)和尾水管 的壓力脈動(dòng)，使水輪機(jī)產(chǎn)生振動(dòng)，誘發(fā)轉(zhuǎn)輪葉片產(chǎn)生疲勞裂紋。其二，由于尾水管進(jìn)口擴(kuò)壓管內(nèi)流體的附壁效應(yīng)，使得進(jìn)口水流流 束產(chǎn)生擺動(dòng)，在部分壁面處產(chǎn)生非定常的大型回流區(qū)。這同樣也會(huì)使得 尾水管的流動(dòng)產(chǎn)生周期性脈動(dòng)，進(jìn)而使得其上游的水輪機(jī)產(chǎn)生振動(dòng)以及 大軸的周期性擺動(dòng)，嚴(yán)重威脅水力機(jī)械的運(yùn)行安全，而且還會(huì)使得水輪 機(jī)的壓力恢復(fù)系數(shù)急劇降低，發(fā)電效率下降。目前，解決由于尾水管壓力波動(dòng)引起的水輪機(jī)振動(dòng)的主要方法有兩 類， 一類方法是將空氣或水輸入到不穩(wěn)定的水流中。其具體方法是將 空氣從尾水管壁或者轉(zhuǎn)輪軸部吹入到尾水管內(nèi)。但這類方法需要額外設(shè) 置一個(gè)裝有水和空氣的壓力腔室以及空氣的壓力調(diào)節(jié)裝置，這使得結(jié)構(gòu) 成本很高。另一類方法是在尾水管內(nèi)加入了各種結(jié)構(gòu)較復(fù)雜的擋板或錐 形物體，這些方法不但較大地增加了尾水管的局部阻力，而且容易造成 水流中的泥沙、水草的沉積。 發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的就是針對(duì)現(xiàn)有尾水管存在的各種問(wèn)題，提供一種 高壓力恢復(fù)系數(shù)，可以使水輪機(jī)高效、穩(wěn)定工作的尾水管。本實(shí)用新型的尾水管包括管體，管體的進(jìn)水口內(nèi)壁沿圓周方向固定 設(shè)置有8 30對(duì)三角形葉片。每對(duì)三角形葉片包括兩個(gè)對(duì)稱設(shè)置的三角 形葉片，每個(gè)三角形葉片包括長(zhǎng)邊和短邊，以及與進(jìn)水口內(nèi)壁整邊連接 的安裝邊，其中長(zhǎng)邊設(shè)置在接近進(jìn)水口端面的一側(cè)，短邊設(shè)置在遠(yuǎn)離進(jìn) 水口端面的一側(cè)，安裝邊與長(zhǎng)邊的夾角為a， 2°《a《3(T 。每對(duì)三角 形葉片的兩個(gè)三角形葉片安裝邊之間的夾角為l3 ， 4°《e《6(T 。三角形葉片中長(zhǎng)邊和短邊夾角的頂點(diǎn)至與進(jìn)水口內(nèi)壁固定的安裝邊之間的距 離H小于進(jìn)水口內(nèi)徑d的十分之一，即H<d/10。三角形葉片長(zhǎng)邊和安 裝邊夾角的頂點(diǎn)至進(jìn)水口的端面的距離為h， h<d/2;三角形葉片安裝 邊的長(zhǎng)度為L(zhǎng)， L<d/3。所述的8 30對(duì)三角形葉片形狀和規(guī)格相同，并且沿進(jìn)水口內(nèi)壁的 圓周方向均勻設(shè)置。本實(shí)用新型具有以下優(yōu)點(diǎn)以及突出效果由于水流流經(jīng)三角形葉片 后，將產(chǎn)生一系列的貼壁小渦流。這不但抑制了切向速度，阻止大漩渦 的生成，避免了由此產(chǎn)生的壓力脈動(dòng)；而且能夠通過(guò)混合，減少壁面邊 界層的厚度，使流向速度均勻化，使得水流不易在尾水管的近壁面處形 成非定?；亓鲄^(qū)。同時(shí)確保壓力恢復(fù)系數(shù)在大多工況下能達(dá)到0.9以 上。本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，布置靈活，成本低廉，適用范圍廣，可以確 保各種大小不同的水力發(fā)電機(jī)組在各種流量工況條件下的高效穩(wěn)定運(yùn) 行。并且通過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)，所產(chǎn)生的附加局部阻力也幾乎可以忽略(小于 原有流動(dòng)阻力的1%)。同時(shí)，在使用過(guò)程中也不會(huì)產(chǎn)生泥沙與水草的沉 積。


圖1為本實(shí)用新型一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2為圖1的A向俯視圖；圖3為圖1的B—B向橫截面剖視圖；圖4為圖1中一對(duì)三角形葉片的結(jié)構(gòu)示意圖；圖5為圖1中一個(gè)二角形葉片的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的原理、結(jié)構(gòu)做進(jìn)------步的說(shuō)明。如圖1、圖2、圖3、圖4和圖5所示，該新型尾水管的結(jié)構(gòu)具體是 在管體3的進(jìn)水口內(nèi)壁沿圓周方向均勻固定設(shè)置有八對(duì)三角形葉片。每 對(duì)三角形葉片包括兩個(gè)對(duì)稱設(shè)置的三角形葉片1，每個(gè)三角形葉片1包 括長(zhǎng)邊5、短邊6和安裝邊4，其中長(zhǎng)邊5設(shè)置在接近進(jìn)水口端面2的一 側(cè)，短邊6設(shè)置在遠(yuǎn)離進(jìn)水口端面2的一側(cè)，安裝邊4與進(jìn)水口內(nèi)壁整 邊連接。安裝邊4與長(zhǎng)邊5的夾角為a ， a為2° 、 10° 、 30°等。每 對(duì)三角形葉片的兩個(gè)三角形葉片1安裝邊4之間的夾角為0 ， 3為4° 、 20° 、 60°等。三角形葉片中長(zhǎng)邊5和短邊6夾角的頂點(diǎn)至安裝邊4之間的距離H小于進(jìn)水口內(nèi)徑d的十分之一。三角形葉片中長(zhǎng)邊5和 安裝邊4夾角的頂點(diǎn)至進(jìn)水口的端面2的距離為h， h<d/2。三角形葉 片中安裝邊4的長(zhǎng)度為L(zhǎng)， L<d/3。圖4中箭頭為水流方向。水流從水輪機(jī)出來(lái)后，進(jìn)入尾水管，其貼近壁面的水流與尾水管的 三角形葉片相遇，形成多個(gè)對(duì)稱的流向小旋渦。首先降低了在離心作用 下形成的與水流共同旋進(jìn)的尾水渦帶的漩渦強(qiáng)度，同時(shí)也降低了水流中 心部位出現(xiàn)負(fù)壓的可能性，提升了中心部位壓力和速度。同時(shí)，更為重要的是，貼壁小漩渦的出現(xiàn)減小壁面邊界層的厚度， 提高了截面上整體流速的均勻性，避免了非定?；亓鲄^(qū)的形成，也避免 了由于尾水管進(jìn)口擴(kuò)壓管內(nèi)水流的附壁效應(yīng)而產(chǎn)生的流動(dòng)不穩(wěn)定。這不 但提高了在各種工況條件下流動(dòng)的穩(wěn)定性，同時(shí)也能顯著提高水輪機(jī)偏 離最佳工況負(fù)荷時(shí)運(yùn)行的壓力恢復(fù)系數(shù)，確保在大多工況條件下，壓力 恢復(fù)系數(shù)能達(dá)到0.9以上，顯著提高了水輪機(jī)的發(fā)電效率。由于尾水管基本上是一個(gè)擴(kuò)壓器，在其進(jìn)口處安裝三角形葉片有重 要意義，這有助于助于從源頭上消滅尾水管流動(dòng)分離和流動(dòng)不穩(wěn)定性。三角形葉片可根據(jù)水力機(jī)械具體功率的大小，尾部大漩渦的發(fā)生情 況靈活選擇和布置，可選用不同角度a、 |3，不同高度H、長(zhǎng)度L，以及 設(shè)置位置，其中2°《a《30° 、 4°《e《60° 、 H<d/10、 L<d/3、 距離進(jìn)水口的端面的最小距離h小于d/2。
權(quán)利要求1、一種新型尾水管，包括管體，其特征在于管體的進(jìn)水口內(nèi)壁沿圓周方向固定設(shè)置有8～30對(duì)三角形葉片，每對(duì)三角形葉片包括兩個(gè)對(duì)稱設(shè)置的三角形葉片；每個(gè)三角形葉片包括長(zhǎng)邊、短邊和安裝邊，其中長(zhǎng)邊設(shè)置在接近進(jìn)水口端面的一側(cè)，短邊設(shè)置在遠(yuǎn)離進(jìn)水口端面的一側(cè)，安裝邊與進(jìn)水口內(nèi)壁整邊連接，安裝邊與長(zhǎng)邊的夾角為α，2°≤α≤30°；每對(duì)三角形葉片的兩個(gè)三角形葉片安裝邊之間的夾角為β，4°≤β≤60°；每個(gè)三角形葉片中長(zhǎng)邊和短邊夾角的頂點(diǎn)至安裝邊之間的距離H小于進(jìn)水口內(nèi)徑d的十分之一，即H＜d/10；長(zhǎng)邊和安裝邊夾角的頂點(diǎn)至進(jìn)水口的端面的距離為h，h＜d/2；三角形葉片安裝邊的長(zhǎng)度為L(zhǎng)，L＜d/3。
2、 如權(quán)利要求1所述的一種新型尾水管，其特征在于所述的8 30對(duì)三角形葉片形狀和規(guī)格相同，并且沿進(jìn)水口內(nèi)壁的圓周方向均勻設(shè)置。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種用于水輪機(jī)出口的尾水管。目前水輪機(jī)的尾水管高壓力恢復(fù)系數(shù)不夠，水輪機(jī)不能高效、穩(wěn)定的工作。本實(shí)用新型中尾水管管體的進(jìn)水口內(nèi)壁沿圓周方向固定設(shè)置有8～30對(duì)三角形葉片。每對(duì)三角形葉片包括兩個(gè)對(duì)稱設(shè)置的三角形葉片，每個(gè)三角形葉片包括長(zhǎng)邊和短邊，以及與進(jìn)水口內(nèi)壁整邊連接的安裝邊，其中長(zhǎng)邊設(shè)置在接近進(jìn)水口端面的一側(cè)，短邊設(shè)置在遠(yuǎn)離進(jìn)水口端面的一側(cè)。本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，布置靈活，成本低廉，適用范圍廣，可以確保各種大小不同的水力發(fā)電機(jī)組在各種流量工況條件下的高效穩(wěn)定運(yùn)行。
文檔編號(hào)F03B11/00GK201083177SQ200720184058
公開(kāi)日2008年7月9日 申請(qǐng)日期2007年10月12日 優(yōu)先權(quán)日2007年10月12日
發(fā)明者煒 樊, 潔 毛, 潘華辰, 欣 聶, 鷹 陳 申請(qǐng)人:杭州電子科技大學(xué)