計水輪機尾水管回收能量的認識與尾水管簡單設(shè)計

計水輪機尾水管回收能量的認識與尾水管簡單設(shè)計對水輪機尾水管回收動能機理的認識一、水輪機的尾水管的作用1、將轉(zhuǎn)輪出口的水流平順地引向下游。2、利用下游水平面至轉(zhuǎn)輪出口處的高程差，形成轉(zhuǎn)輪出口處的靜力真空，從而利用轉(zhuǎn)輪的吸出高度。3、回收轉(zhuǎn)輪出口的水流動能，將其轉(zhuǎn)換為轉(zhuǎn)輪出口處的動力真空，減少了轉(zhuǎn)輪出口的動能損失，從而提高水輪機效率。二、水輪機尾水管的工作原理由能量平衡方程：H設(shè)轉(zhuǎn)輪所利用的水流能量為ΔE△Ｅ=Ｅ0取2—2斷面為基準面，則△Ｅ=(Hd（1）轉(zhuǎn)輪出口沒有裝置尾水管水輪機沒有裝置尾水管，轉(zhuǎn)輪出口直接與大氣相通，則代入（1）式可得轉(zhuǎn)輪所利用的能量為而如何控制尾水管渦帶的破壞程度。依據(jù)當前技術(shù)條件局限性，水輪機尾水管渦帶的研究的水力機械界常用的四種方法：理論分析;模型實驗;數(shù)值模擬（全流道進行非定常三維湍流數(shù)值模擬）;真機試驗。計算機技術(shù)處理系統(tǒng)自迅速發(fā)展以來，理論研究和實驗研究的應(yīng)用進展不大，但是CFD在水力機械技術(shù)上的應(yīng)用研究發(fā)展很快、也很成熟。CFD在獨立數(shù)值試驗越來越顯示出強大的功能和特有的優(yōu)越性，數(shù)值模擬作為主要研究手段之一逐漸占據(jù)水力機械行業(yè)的重要地位。理論研究主要是靠的是數(shù)學(xué)的方法直接求解所研究探索的問題。理論研究方法主要是揭露物質(zhì)運動的內(nèi)在規(guī)律使其清晰、普遍的顯示出來。水輪機內(nèi)部流動極為復(fù)雜，特別是針對尾水管中的三維紊流流動，大小渦流再加上空化的影響，還有二次流，有時候甚至是汽液兩相流的交叉影響。五、消除和減輕振動的措施：1、尾水管加導(dǎo)流隔板因產(chǎn)生偏心渦帶的根本原因是轉(zhuǎn)輪出口水流有環(huán)量存在。因此用加隔導(dǎo)流板的辦法來消除環(huán)流，其目的在于消除或減弱偏心渦帶。導(dǎo)流隔板大概有以下幾種：一是在尾水管直錐段進口部位加置十字形隔板；二是在直錐段進口管壁加置導(dǎo)流隔板；三是在彎肘段前后加置導(dǎo)流隔板。2、尾水管補氣其目的在于破壞尾水管的真空，方法有兩種：一是自然補氣；二是強迫補氣。補氣的位置通常是在直錐段。補氣也會引起某些不良現(xiàn)象。例如，在正常運行工況下，水輪機出力會降低，有時轉(zhuǎn)輪后面的壓力脈動反會增大，此外，已發(fā)現(xiàn)補氣可以引起飛逸轉(zhuǎn)速增大。3、改進結(jié)構(gòu)改進止漏裝置（頂蓋密封的梳齒型的止漏裝置，活動導(dǎo)葉密封的L型止漏裝置，）、轉(zhuǎn)輪葉片出水邊的形狀（葛洲壩轉(zhuǎn)輪周圍的裙邊）和厚度等等的結(jié)構(gòu)。4、合理安排機組的運行范圍，水輪機在偏離設(shè)計工況下運行，翼型的繞流條件與轉(zhuǎn)輪的出口條件均會發(fā)生較大改變，在葉片進口產(chǎn)生較大沖角；在轉(zhuǎn)輪出口形成較大環(huán)量，使尾水管內(nèi)形成較強的空腔渦帶。當然，實際運行中要有一定的環(huán)量，使水不易脫流，降低能量損失，所以，合理擬定水電廠的運行方式，盡可能避開振動區(qū)，并且不讓機組在低負荷和超負荷下長期運行。5、對尾水管改型優(yōu)化設(shè)計有關(guān)資料研究表明：為了更好的顯示原型和改形后尾水管的內(nèi)部流動，現(xiàn)把流量參量介入其中加以考慮并比較，流量值的范圍為2.9m3s---7.6m3（1）流量Q=4m3尾水管中心截面壓力云圖（左為原型，右為改形后）圖中色階表示該截面的速度分布，紅色為最大。容易發(fā)現(xiàn)，經(jīng)改性后的尾水管流場更均勻，水流能在擴散段有較好的平穩(wěn)流動。尾水管流場流線云圖（左為原型，右為改形后）從該圖易見，改型前尾水管內(nèi)部流體質(zhì)點運動比較紊亂，極易產(chǎn)生渦流。經(jīng)改型后，內(nèi)部水流大致比較平順，盡在彎管段外側(cè)以及擴散段上部有一定的紊動。六、研究現(xiàn)狀及展望將流體機械的基本流動理論與計算流體力學(xué)和優(yōu)化方法結(jié)合在一起，尋求最優(yōu)組合。分析尾水管壓力脈動的最終目的是為提高水輪機安全運行提出指導(dǎo)方案和建議?；炝魇剿啓C穩(wěn)定性的水力原因是一個有難度的課題，還有許多相關(guān)問題值