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水利发电之水轮机尾水管

2018-4-22 21:02| 发布者: dymodel| 查看: 571| 评论: 0|原作者: 水利发电

摘要: 水轮机尾水管除了泄水功能,还可以回收尾水能量,提高水轮机效率。主要有弯肘形尾水管与直锥形尾水管两种结构形式。 水轮机尾水管是反击式水轮机的重要部件,它的作用不仅仅是把水轮机排出的水引向下游河道,设计好 ...
水轮机尾水管除了泄水功能,还可以回收尾水能量,提高水轮机效率。主要有弯肘形尾水管与直锥形尾水管两种结构形式。
水轮机尾水管是反击式水轮机的重要部件,它的作用不仅仅是把水轮机排出的水引向下游河道,设计好的尾水管还可以回收尾水能量,提高水轮机效率。
   水轮机尾水管的主要形式
在图1中有3个图片,是水轮机尾水管的3种主要形式。图中H是上游水位与下游水位的总落差,Hd是水轮机转轮入口处的静水头,Hs是转轮出口到下游水面的高差。
水利发电之水轮机尾水管
图1--水轮机尾水管的形式
图1左图的水轮机没有安装尾水管,水轮机的工作水头只是Hd,水轮机出口到下游水位的高差Hs没有得到利用。对于上下游水位总落差H较大时Hs相对较小,当上下游水位总落差H较小时由Hs产生的损失就很明显了。
图1中图的水轮机安装有圆柱形尾水管,尾水管内的水会产生一个吸出水头Hs,形成所谓静力真空,高差Hs与上游水头Hd一同作用到水轮机,这样水轮机利用了总落差H,提高了水轮机的效率。
安装圆柱形尾水管虽回收了高差Hs,但由于圆柱形尾水管的入口直径与出口处直径相同,尾水管的出口的水流速度与水轮机出口处水流速度相同,在尾水管的出口的水流速度较快,动能较大,仍造成水能的损失。于是将圆柱形尾水管改为扩散型尾水管,见图1右图。
扩散型尾水管出口直径远大于入口直径,呈圆锥状,水轮机出口的水流速度经过扩散管后大幅下降,在尾水管出口处动能大大减小,动能的减小也会产生一个吸出水头,形成所谓动力真空,使水轮机得到更多的能量。现在水轮机的尾水管基本都是扩散型尾水管。

直锥形尾水管
扩散型尾水管的的轴线是直线的称为直锥形尾水管,直锥形尾水管结构简单,效果好,图2是直锥形尾水管的安装示意图。直锥形尾水管的扩大角度不宜大,长度较长为好。
 
图2--直锥形尾水管
   弯曲形尾水管
对于大型水电站,若采用直锥形尾水管,需向下开挖较深,工程大成本高。故大型水电站的尾水管采用弯曲形尾水管,弯曲形尾水管的中心线从垂直弯曲到水平,外形有点像手臂的肘部,也称为弯肘形尾水管,图3是弯肘形尾水管的外表面图。
 
图3--弯肘形尾水管外观
弯肘形尾水管的水流入口段是一节圆锥管,称为直锥段,尾水管弯曲的肘部称为弯肘段,水轮机水平部分称为水平扩散段,见图4。
 
图4--弯肘形尾水管侧视
一般水电站机组数较多,为了不影响水坝的基础结构强度,水平扩散段不能过宽,以保留足够宽度的混凝土结构。所以水平扩散段头尾的宽度是相同的,为达到扩散目的,采用逐渐增加高度的方式来逐渐增加截面。见图4与图5。

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