[发明专利]一种降低水轮机水压脉动与压力梯度的尾水管及其方法

权利要求书

1.一种降低水轮机水压脉动与压力梯度的方法，其特征在于，该方法通过改变尾水管中的流场构造、均衡尾水管内的压力分布，来降低水轮机中涡带引起的水压脉动强度和压力梯度，所述的尾水管含有一个鳍状结构(7)；

所述方法包括如下步骤：

a)当水轮机内压力脉动的幅值小于水轮机额定水头的0.3％时，由鳍状结构改变尾水管中的流场结构与主涡带形状，使尾水管内压力分布趋于均匀化；

b)当水轮机内压力脉动的幅值处于水轮机额定水头的0.3％～0.5％时，经鳍状结构上开设的进流口通入有压力的水或空气，对主涡带的结构进行扰动，使得尾水管直锥段流场中的速度、压力重新分布，降低水压脉动，消除流场中高压力梯度的区域；

c)当遇到尾水管中压力脉动强烈，其压力脉动的幅值大于水轮机额定水头的0.5％时，则采用鳍状结构补气与水轮机转轮中心孔补气相结合的方式来同时改变尾水管中的流场结构和涡带结构。

2.如权利要求1所述的一种降低水轮机水压脉动与压力梯度的方法，其特征在于，所述鳍状结构(7)包括中间的主体部分，以及两端的过渡部分；所述鳍状结构(7)沿圆周方向紧贴尾水管直锥段的边壁布置；以直锥段进口圆(1)的圆心为原点，以直锥段的x向对称中心线(9)、y向对称中心线(18)、z向对称中心线(6)为坐标轴建立笛卡尔坐标系，所述的鳍状结构(7)位于xoy平面的第二象限；鳍状结构斜向对称中心线(8)与直锥段的y向对称中心线(18)之间的夹角α为42.5～47.5°；在鳍状结构的主体部分设有进流口(10)，该进流口贯通鳍状结构以及与鳍状结构安装位置相对应的尾水管边壁。

3.按照权利要求2所述的一种降低水轮机水压脉动与压力梯度的方法，其特征在于：鳍状结构的x向对称中心线(3)到直锥段进口圆(1)之间的垂直距离h_d与进口圆直径D_d之比为h_d/D_d＝0.35～0.45。

4.按照权利要求2或3所述的一种降低水轮机水压脉动与压力梯度的方法，其特征在于：所述鳍状结构主体部分的水平横截面为梯形，上底边长为W₂、下底边长为W₃，所述W₂与直锥段进口圆直径D_d之比为W₂/D_d＝0.025～0.035；所述W₃与直锥段进口圆直径D_d之比为W₃/D_d＝0.085～0.105。

5.按照权利要求4所述的一种降低水轮机水压脉动与压力梯度的方法，其特征在于：梯形的高与直锥段进口圆直径D_d之比为0.045～0.050；鳍状结构主体部分的长度为L₁、包含两端过渡部分的总长度为L₂，所述L₁与直锥段进口圆直径D_d之比为L₁/D_d＝0.325～0.335；所述L₂与直锥段进口圆直径D_d之比为L₂/D_d＝0.475～0.525。

6.按照权利要求5所述的一种降低水轮机水压脉动与压力梯度的方法，其特征在于：进流口(10)的宽度W₁小于梯形上底边长W₂；进流口的长度小于或等于L₁。