尾水管的作用

1、、尾水管的作用尾水管是反击式水轮机所特有部件，冲击式水轮机无尾水管。尾水管的性能直接影响到水轮机的效率和稳定性，一般水轮机中均选用经过试验和实践证明性能良好的尾水管。反击式水轮机尾水管作用如下：1 .将转轮出口处的水流引向下游；2 .利用下游水面至转轮出口处的高程差，形成转轮出口处的静力真空；3 .利用转轮出口的水流动能，将其转换成为转轮出口处的动力真空。图5-69表示三种不同的水轮机装置情况：没有尾水管；具有圆柱形尾水管；具有扩散形尾水管。图5-69在三种情况下，转轮所能利用的水流能量均可用下式表小2E二Ei-E2=（Hd%-（，）%2g（538）式中=E转轮前后单位水流的能量差；Hd转轮进

2、口处的静水头；Pa大气压力；P2转轮出口处压力；V2转轮出口处水流速度。在三种情况下，由于转轮出口处的压力P2及V2不同，从而引起使转轮前后能量差的变化图5-69尾水管的作用最新可编辑word文档P2一%1,没有尾水管时如图5-69(a)。转轮出口Pg为代入式(5-38)得V22(5-39)2g式(5-39)说明，当没有尾水管时，转轮只利用了电站总水头中的九部分,V转轮后至下游水面高差Hs没有利用，同时损失掉转轮出口水流的全部功能2gP22 .具有圆柱形尾水管时如图5-69(b)。为了求得转轮出口处的压力*g,列出转轮出口断面2及尾水管出口断面5的伯努利方程h Hs+凡+4/互+hL+Pg2g

3、(Pg22g(5-40)式中h尾水管内的水头损失因此上式亦可写成P2PaPa -P2 h二 H：g(5-41)Pa-P2式中pg称为静力真空，是在圆柱型尾水管作用下利用了Hs所形成。P2以Pg值代入式（5-38）,得到采用圆柱型尾水管时，转轮利用的水流能量2g JE =(Hd Hs) -六 h2g(5-42)Ha-g从式（5-42）可见与没有尾水管时相对比较，此时多利用了吸出水头Hs,V22但动能2g仍然损失掉了，而且增加了尾水管内的损失he,即此时多利用了数值为仇一必）的能量（静力真空值）。3 .具有扩散型尾水管时如图5-69（c）。此时根据伯努利方程可得出:P2Pa2g断面2处的真空值为:

4、Pa 322=Hs(5-43)比较式（5-43）与式（5-41）可见，此时在转轮后面除形成静力真空外，又V22-V52增加数值为2g的真空称为动力真空，它是因尾水管的扩散作用，使转轮出口处的流速由V2减小到V5形成的。P2将式（5-43）中的均值代入式（5-38）得扩散型尾水管条件下转轮利用的水流能量AE：Hd.：gdV-V52、V22+%+-2g2g；(5-44)=(小+&)-六+小12g)比较式（5-44）与式（5-42）可见，当用扩散形尾水管代替圆柱形尾水管后，VV2V22-V52出口动能损失由2g减少到2g,又多利用了数值为2g的能量，此值亦称为断面2处的附加动力真空，当然此时扩散形尾

5、水管中的水头损失也有所增加。故22V2f.、一，一一；h-，实际上在断面2处所恢复的功能为2g，比式（5-43）中定义的动力真空值少了管中的损失hM为了估计扩散形尾水管的恢复功能效能，设想扩散形尾水管内没有水力损失=0（%二0）,且出口断面为无穷大，没有动能损失12g则此时断面2处的理V想动力真空就等于转轮出口的全部功能2g0实际恢复的动能与理想恢复的功能的比值称为尾水管的恢复系数_h+2g2g)2gV22(5-45)式（5-45）表明，尾水管内的水头损失及出口动能越小，则尾水管的恢复系数越高。因此恢复系数表征了尾水管的质量，反映了其转换功能的能力，故有时也称为尾水管的效率。根据以上分析，水流

6、经尾水管总的损失名为内部水力损失与出口动能损失之和，即将式（5-45）代入上式得:(5-46)尾水管相对水力损失二，即能量损失与水轮机水头H之比值为:1-工H12gH由上式可见，尾水管的恢复系数”仍不是尾水管的相对损失，它只反映其转换动能的效果。两个不同比转速的水轮机即使具有相同的尾水管恢复系数，而由V；于它们的转轮出口动能2g所占总水头的比重不同，其实际相对水力损失也不V22同。高比转速水轮机的转轮出口动能2g占总水头的40%e右，而低比转速水轮机却不到1%以尾水管的恢复系数都等于75%H古算，则高比转速水轮机尾水管的相对水力损失达=10%,而低比转速的仅为二。25%左右。由此可见，尾水管对

7、高比转速水轮机起着十分重要的作用。从此也可以看到尾水管对轴流式水轮机比对混流式水轮机更重要。1.直锥形尾水管。如图5-70所示，这是一种简单的扩散形尾水管，广泛使用于中小型水电站中（转轮直径Di D2的高水头混流式水轮机则可取h2.2D1。与上述尾水管深度推荐值相对应，直锥段的单边扩散角P分别取下列数值：对混流式水轮机PM7*9%对转桨式水轮机取8=8100(轮毂比大于0.45时，取较小值)。(2)肘管型式肘管的形状十分复杂，它对整个尾水管的性能影响很大，一般推荐定型的标准肘管。图表5-8标准肘管尺寸zyiXy2X2y3X3R1R2F50-71.90605.2010041.70569.4515

8、0124.56542.45579.6179.61200190.69512.72579.6179.61250245.60479.77579.6179.61300292.12444.70579.6179.61350331.9408.1579.679.64311400366.17370.44579.6179.61450395.57331.91579.6179.61500420.65292.72-732.67813.1294.36552.891094.52579.6179.61550441.86251.18-496.96713.0799.93545.79854.01571.6571.65600459.

9、48209.85-360.21671.28105.50537.70761.82563.6363.69650473.74168.80-276.14639.26111.07530.10696.36555.7355.73700484.81128.09-205.27612.27116.65522.51645.77547.7747.77750492.8187.764-142.56588.39122.22514.92605.41539.8039.80800497.8447.859-85.20566.55127.79507.32572.92531.8431.84850499.947.996-31.21545

10、.98133.30499.73546.87523.8823.88900500.0021.35525.97138.93492.13526.40515.9215.92950500.0075.71505.26144.50484.54510.90507.967.961000500.00150.07476.94150.07476.95500.0504.005-76所示为标准混凝土肘管。此肘管D4=h2,图中各线性尺寸列于表5-8：此外，当水头高于200m时，由于水流流速过大，此时可采用金属肘管，它们的形式与混凝土肘管不同。(3)水平长度水平长度L是机组中心到尾水管出口的距离。肘管型式一定，长度L决定了水

11、平扩散段的长度。增加L可使尾水管出口动能下降，提高效率。但太长了将增加沿程损失和增大厂房水下夸口分尺寸。增加L=4.5D1。11Q11- 0连力H1150L的效益不如高度h显著，通常取: - yf犯仲工，SMF军) 500l1012m时，允许在出口段中加单支墩。支墩尺寸（图5-77）为:b=（0.10.15旧；R=（36b;r=（0.20.3b；l1.4D1o出口段最好不要加双支墩，试验表明双支墩会引起效率显著下降有些水电站因水工建筑的要求，尾水管的出口中心线往往需要偏离机组中心图5-78偏离机组中心线的尾水管线（图5-78）。此时，肘管水平段的俯视图按以下方法绘制：偏心距离d由水工建筑要求决

12、定，肘管的水平长L保证标准值。在以上两条件下，使肘管两侧面夹角的角平分线过机组中心（即图5-78所示两个6角相等）。而肘管段的断面形状则保持不变地下电站为了减小厂房和尾水流道尺寸，常采用高而窄的尾水管。此时厂房的挖深一般不是主要矛盾，这样就可用加大深度来弥补宽度的缩小。实践证明这样做对水轮机效率影响不大四、减轻尾水管振动的措施当运行机组上出现尾水管偏心涡带引起的振动时，通常可采用以下几个措施来减轻其影响。1 .尾水管加导流隔板因产生偏心涡带的根本原因是转轮出口水流有环量存在。因此用加隔导流板的办法来消除环流，从而消除或减弱偏心涡带常常是有效的。导流板大致有以下几类：一是在尾水管直锥段进口部位加

13、置十字形隔板图5-79(a);二是在直锥段进口管壁加置导流板图5-79(b);三是在弯肘段前后加置导流板图5-79(c)。实践证明，加设导流板的办法对改善振动有一定效果，但它有时会对机组的运行产生一些不利的影响：如效率降低，最优工况区改变等。导流板的形状和尺寸的选用针对机组的特性而定，装得不好的导流板容易被冲掉，因此在采用此法时应先做一些试验研究工作。图5-79尾水管中装设导流板2 .尾水管补气为了减少压力脉动和由它引起的尾水管振动，以及为了在混流式水轮机的某些运行工况下，破坏尾水管的真空，常对转轮区进行补气，在大多数情况下，补气对水轮机工作会产生有利的影响，动载荷减小，转轮下面的真空降低。补气方法有两类；一是自然补气，当尾水管的压力低于大气压时可采用这一类，但这种办法补气量常难以控制。二是强迫补气即用压力机或射流泵向尾水管送入空气，这是目前采用较多的一种，当尾水管管壁附近的压力高于大气压时就必须用这一类。它可以根据工况不同补进不同的气量，以保持减振效果和对机组运行效率的影响处于最优状态。补气位置通常是在直锥段。实践证明补气管口深入越多所需补气量越少，效果越显著。补气管口越接近管壁效果越差，补气量越大。这是因为旋转水