[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

说明书

一种降低水轮机水压脉动与压力梯度的尾水管及其方法，该尾水管在直锥段边壁上设置一个鳍状结构，该结构上开有进流口，经进流口向直锥段内通入有压流体来均衡压力分布。当水轮机内水压脉动较小时，由鳍状结构来减小尾水管内的水压脉动幅值与压力梯度；当水轮机内水压脉动超过允许值时，经进流口通入有压流体，大幅度降低尾水管内的水压脉动与压力梯度。本发明的鳍状结构体积小，在水流作用下不易损坏，且不影响水轮机的水力性能，能平衡尾水管内压力分布，有效抑制尾水管中的强烈水压脉动，从而改善水轮机的运行稳定性，扩大水轮机的安全运行范围与工况调节能力。此外，该方法有助于提高鱼类通过水轮机时的存活率，适用于鱼类友好型水轮机。

技术领域

本发明涉及水轮机尾水管，特别涉及水压脉动强烈的水轮机尾水管，适合于改善水电站水轮机在偏离设计工况运行时尾水管内的压力脉动，并可提高鱼类通过水轮机的存活率。

背景技术

水轮机尾水管涡带是一种特殊的涡运动，尤其当水轮机运行在偏离设计流量的工况时会引起强烈的压力脉动，容易导致水电站机组的运行稳定性问题。为了缓解水轮机尾水管中涡带引发的水压脉动，工程上可采取一些必要的措施。目前常用的工程措施主要包括以下三个方面：(1)通过改变水轮机转轮设计，以减轻尾水管内漩涡的强度，如中国专利文献公开的CN201133321、CN1530538、CN1499073等专利技术；(2)在水轮机中设置通气或通水口，引入射流来抑制尾水管中的漩涡流动和水压脉动，如中国专利文献CN101501329、CN200975311、CN101975132A等公开的专利技术；(3)通过设置一定的漩涡抑制结构来实现压力脉动控制。如CN1702317提出在转轮和尾水管之间设有一个用于漩涡控制的轴流式叶片结构、CN1740556提出的电磁抑涡装置、CN202140227U提出的振动式涡流发生器，以及CN104121138A提出的具有漩涡抑制作用的水轮机尾水管等。

发明内容

本发明的目的是提出一种降低水轮机水压脉动与压力梯度的尾水管及其方法，通过改变尾水管中的流场构造、均衡尾水管内的压力分布，从而降低水轮机中涡带引起的水压脉动强度和压力梯度，有效解决水轮机在部分负荷工况下运行稳定性与安全性的难题；同时创造较平缓变化的压力环境，提高鱼类通过水轮机的存活率。

本发明的技术方案如下

一种降低水轮机水压脉动与压力梯度的尾水管，含有尾水管直锥段、尾水管弯肘段、尾水管扩散段和尾水管出口，其特征在于：所述尾水管含有一个鳍状结构，所述鳍状结构包括中间的主体部分，以及两端的过渡部分；所述鳍状结构沿圆周方向紧贴尾水管直锥段的边壁布置；以直锥段进口圆的圆心为原点，以直锥段的x向对称中心线、y向对称中心线、z向对称中心线为坐标轴建立笛卡尔坐标系，所述的鳍状结构位于xoy平面的第二象限；鳍状结构斜向对称中心线与直锥段的y向对称中心线之间的夹角α为42.5～47.5°；在鳍状结构的主体部分设有进流口，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。

优选地，鳍状结构的x向对称中心线到直锥段进口圆之间的垂直距离h_d与进口圆直径D_d之比为h_d/D_d＝0.35～0.45。