[发明专利]一种具有椭圆和正六边形网格的直锥形尾水管

说明书

本发明公开一种安装在水电站的水轮机中的具有椭圆和正六边形网格的直锥形尾水管，其最外部是轴向截面为锥形的直锥筒，直锥筒上端是锥形小端、下端是锥形大端，直锥筒内部设置轴向截面是锥形的分流筒，分流筒上端是锥形小端、下端是锥形大端，分流筒的外侧壁和直锥筒的内侧壁之间固定嵌有轴向截面是锥形的分流片，分流片上端是锥形大端、下端是锥形小端，分流片上沿圆周方向均匀固定嵌有若干个椭圆形网格片，每个椭圆形网格片的中间是连续相接的正六边形网格孔、四周边缘是不规则多边形网格孔，用来减少涡带偏心距，流体在经过椭圆形网格片时，流体边界层分离小，降低尾水管内部周围与中心的压力差，削弱涡带径向脉动，延长尾水管使用寿命。

技术领域

本发明涉及流体机械及工程设备领域，具体涉及一种安装在水电站的水轮机中的直锥形尾水管结构。

背景技术

水轮机安装在水电站中，通过水位势差，将水的势能转变为动能。当水流从水轮机的转轮离开的过程中，水流速度逐渐减小，而压力随之增大，当水流进入转轮下方的尾水管时，在尾水管内部因为周围压力大而中心压力小，导致周围和中心压力差变大，水流流速降低压力提高，引起涡带的破碎和偏心现象，与此造成严重的径向压力脉动现象，同时也会容易发生二次回流的现象，从而影响水轮机的整体运行的平稳性能。

水轮机的尾水管中形成的涡带是一种特殊形式的漩涡，当水轮机在部分负荷工况下运行时，水轮机实际运行工况的流量小于设计工况的流量时，在尾水管内部会产生强烈的压力脉动现象，这种压力脉动严重水轮机组稳定运行。为了减小这种压力脉动，保证水轮机组稳定运行，在工程领域采用一些措施，这些措施主要分为以下三个方面：

一、通过改变转轮出口设计，具体为加长转轮泄水锥，来减小尾水管中涡带的压力脉动；该方案主要存在的问题是：水轮机的转轮是和水轮机组的主轴相连接的，在消减涡带的同时会引起转轮带动主轴振动现象，严重时引起主轴的共振现象，严重影响水轮机的稳定运行。

二、通过设计一定涡带抑制结构来减少涡带的压力脉动，具体为在尾水管内安装多级导流栅结构，消减尾水管涡带偏心，削弱压力脉动；该方案主要存在的问题是：尾水管内部由于涡带的存在，会有很明显的压力梯度的变化，会发生明显的空化和空蚀，这种空化和空蚀会严重破坏导流栅，导致导流栅使用寿命很短，经济效果非常差，同时导流栅加工要求高，装配难度大，具体实施带来很多困难。

三、通过在水机组设置补气和补水装置，具体为在转轮出口安装高压补气和补水装置，减少涡带偏心，该方案主要存在的问题是：在尾水管出口处，压力脉动依旧很明显，高压射流导致高低压水流混掺，流体能耗加大，尾水管回收能量效率低，也加剧尾水管中的空化，减小尾水管使用寿命。

发明内容

本发明是为解决现有水轮机的尾水管内涡带偏移和破碎引起的压力脉动问题，提出一种能减小压力脉动、提高水轮机平稳运行的具有椭圆和正六边形网格的直锥形尾水管。

本发明采用的技术方案是：其最外部是轴向截面为锥形的直锥筒，直锥筒的上端是锥形小端、下端是锥形大端，直锥筒内部设置轴向截面是锥形的分流筒，分流筒的上端是锥形小端、下端是锥形大端；分流筒的外侧壁和直锥筒的内侧壁之间固定嵌有轴向截面是锥形的分流片，分流片的上端是锥形大端、下端是锥形小端，直锥筒、分流筒和分流片三者的中心轴共线；分流片上沿圆周方向均匀固定嵌有若干个相同的椭圆形网格片，每个椭圆形网格片的椭圆的长轴方向沿分流片的母线方向，每个椭圆形网格片的中间是连续相接的正六边形网格孔、四周边缘是不规则多边形网格孔。

进一步地，直锥筒下端面的外径D₂＝0.88L₁,直锥筒上端面的外径D₁＝0.32L₁，L₁是直锥筒的轴向高度。