计水轮机尾水管回收能量的认识与尾水管简单设计

计水轮机尾水管回收能量的认识与尾水管简单设计对水轮机尾水管回收动能机理的认识一、水轮机的尾水管的作用1、将转轮出口的水流平顺地引向下游。2、利用下游水平面至转轮出口处的高程差，形成转轮出口处的静力真空，从而利用转轮的吸出高度。3、回收转轮出口的水流动能，将其转换为转轮出口处的动力真空，减少了转轮出口的动能损失，从而提高水轮机效率。二、水轮机尾水管的工作原理由能量平衡方程：H设转轮所利用的水流能量为ΔE△Ｅ=Ｅ0取2—2断面为基准面，则△Ｅ=(Hd（1）转轮出口没有装置尾水管水轮机没有装置尾水管，转轮出口直接与大气相通，则代入（1）式可得转轮所利用的能量为而如何控制尾水管涡带的破坏程度。依据当前技术条件局限性，水轮机尾水管涡带的研究的水力机械界常用的四种方法：理论分析;模型实验;数值模拟（全流道进行非定常三维湍流数值模拟）;真机试验。计算机技术处理系统自迅速发展以来，理论研究和实验研究的应用进展不大，但是CFD在水力机械技术上的应用研究发展很快、也很成熟。CFD在独立数值试验越来越显示出强大的功能和特有的优越性，数值模拟作为主要研究手段之一逐渐占据水力机械行业的重要地位。理论研究主要是靠的是数学的方法直接求解所研究探索的问题。理论研究方法主要是揭露物质运动的内在规律使其清晰、普遍的显示出来。水轮机内部流动极为复杂，特别是针对尾水管中的三维紊流流动，大小涡流再加上空化的影响，还有二次流，有时候甚至是汽液两相流的交叉影响。五、消除和减轻振动的措施：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，其目的在于消除或减弱偏心涡带。导流隔板大概有以下几种：一是在尾水管直锥段进口部位加置十字形隔板；二是在直锥段进口管壁加置导流隔板；三是在弯肘段前后加置导流隔板。2、尾水管补气其目的在于破坏尾水管的真空，方法有两种：一是自然补气；二是强迫补气。补气的位置通常是在直锥段。补气也会引起某些不良现象。例如，在正常运行工况下，水轮机出力会降低，有时转轮后面的压力脉动反会增大，此外，已发现补气可以引起飞逸转速增大。3、改进结构改进止漏装置（顶盖密封的梳齿型的止漏装置，活动导叶密封的L型止漏装置，）、转轮叶片出水边的形状（葛洲坝转轮周围的裙边）和厚度等等的结构。4、合理安排机组的运行范围，水轮机在偏离设计工况下运行，翼型的绕流条件与转轮的出口条件均会发生较大改变，在叶片进口产生较大冲角；在转轮出口形成较大环量，使尾水管内形成较强的空腔涡带。当然，实际运行中要有一定的环量，使水不易脱流，降低能量损失，所以，合理拟定水电厂的运行方式，尽可能避开振动区，并且不让机组在低负荷和超负荷下长期运行。5、对尾水管改型优化设计有关资料研究表明：为了更好的显示原型和改形后尾水管的内部流动，现把流量参量介入其中加以考虑并比较，流量值的范围为2.9m3s---7.6m3（1）流量Q=4m3尾水管中心截面压力云图（左为原型，右为改形后）图中色阶表示该截面的速度分布，红色为最大。容易发现，经改性后的尾水管流场更均匀，水流能在扩散段有较好的平稳流动。尾水管流场流线云图（左为原型，右为改形后）从该图易见，改型前尾水管内部流体质点运动比较紊乱，极易产生涡流。经改型后，内部水流大致比较平顺，尽在弯管段外侧以及扩散段上部有一定的紊动。六、研究现状及展望将流体机械的基本流动理论与计算流体力学和优化方法结合在一起，寻求最优组合。分析尾水管压力脉动的最终目的是为提高水轮机安全运行提出指导方案和建议。混流式水轮机稳定性的水力原因是一个有难度的课题，还有许多相关问题值