[科普中國]-尾水管

尾水管位于轉(zhuǎn)輪下方，是主要的通流部件，作用是引導(dǎo)進(jìn)出轉(zhuǎn)輪的水流。尾水管的主要作用之一是回收轉(zhuǎn)輪出口的一部分水流能量，來觀察尾水管是如何回收能量的。在折線關(guān)閉規(guī)律下，先快后慢關(guān)閉時(shí)，尾水管真空度發(fā)生在折點(diǎn)處，先慢后快關(guān)閉時(shí)，尾水管真空度發(fā)生在導(dǎo)葉完全關(guān)閉時(shí)刻左右。但當(dāng)有效時(shí)間變化到一定范圍，使前后兩段斜率變化極小時(shí)，則類似直線規(guī)律關(guān)閉。

水輪機(jī)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(dòng)能，將其轉(zhuǎn)換為轉(zhuǎn)輪出口處的動(dòng)力真空，減少了轉(zhuǎn)輪出口的動(dòng)能損失，從而提高水輪機(jī)效率1。

水輪機(jī)尾水管的工作原理尾水管的主要作用之一是回收轉(zhuǎn)輪出口的一部分水流能量，來觀察尾水管是如何回收能量的。

在折線關(guān)閉規(guī)律下，先快后慢關(guān)閉時(shí)，尾水管真空度發(fā)生在折點(diǎn)處，先慢后快關(guān)閉時(shí)，尾水管真空度發(fā)生在導(dǎo)葉完全關(guān)閉時(shí)刻左右。但當(dāng)有效時(shí)間變化到一定范圍，使前后兩段斜率變化極小時(shí)，則類似直線規(guī)律關(guān)閉。

折線關(guān)閉規(guī)律的選擇決定于電站的工作水頭以及水輪機(jī)的特性曲線，適當(dāng)?shù)恼劬€關(guān)閉規(guī)律對(duì)尾水管真空度值是有利的。

一般來講，尾水管壓力脈動(dòng)主要是由部分負(fù)荷時(shí)尾水管渦帶引起的壓力脈動(dòng)。當(dāng)導(dǎo)葉開度為0.4至0.7時(shí)或者最優(yōu)流量在在0.3至0.8的范圍內(nèi)， 此時(shí)渦帶會(huì)經(jīng)常出現(xiàn)。 而當(dāng)導(dǎo)葉開度為0.5至0.6時(shí)，處在低負(fù)荷載載區(qū)，此時(shí)產(chǎn)生的壓力脈動(dòng)最為嚴(yán)重。

在直線關(guān)閉規(guī)律下，無論一相還是末相水擊，尾水管真空度均隨有效關(guān)閉時(shí)間增大而減??；時(shí)間的變化導(dǎo)致下游調(diào)壓室水位變化較大時(shí)，真空度值將發(fā)生突變。

尾水管中的壓力脈動(dòng)尾水管內(nèi)產(chǎn)生壓力脈動(dòng)的原因，是由于在尾水管內(nèi)產(chǎn)生螺旋狀空腔渦帶，此渦帶在尾水管內(nèi)處在偏心位置，由于尾水管內(nèi)壓力分布不均勻，所以渦帶旋轉(zhuǎn)時(shí)，在尾水管壁的固定點(diǎn)上就形成了周期性的壓力脈動(dòng)。

尾水管壓力脈動(dòng)的研究，主要有4種方法：理論分析；模型實(shí)驗(yàn)；數(shù)值模擬（全流道進(jìn)行非定常三維湍流數(shù)值模擬）；真機(jī)試驗(yàn)。

消除和減輕振動(dòng)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(jìn)口部位加置十字形隔板；二是在直錐段進(jìn)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(bǔ)氣的目的在于破壞尾水管的真空，方法有兩種：一是自然補(bǔ)氣；二是強(qiáng)迫補(bǔ)氣。補(bǔ)氣的位置通常是在直錐段。

應(yīng)該指出，補(bǔ)氣也會(huì)引起某些不良現(xiàn)象。例如，在正常運(yùn)行工況下，水輪機(jī)出力會(huì)降低，有時(shí)轉(zhuǎn)輪后面的壓力脈動(dòng)反會(huì)增大，此外，已發(fā)現(xiàn)補(bǔ)氣可以引起飛逸轉(zhuǎn)速增大。

3、改進(jìn)結(jié)構(gòu)：

改進(jìn)止漏裝置、轉(zhuǎn)輪葉片出水邊的形狀和厚度等等的結(jié)構(gòu)。

4、合理安排機(jī)組的運(yùn)行范圍。

5、對(duì)尾水管改型優(yōu)化設(shè)計(jì)。

研究現(xiàn)狀及展望將流體機(jī)械的基本流動(dòng)理論與計(jì)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(dòng)的最終目的是為提高水輪機(jī)安全運(yùn)行提出指導(dǎo)方案和建議?；炝魇剿啓C(jī)穩(wěn)定性的水力原因是一個(gè)有難度的課題，還有許多相關(guān)問題值得我們?nèi)パ芯?，尤其是?duì)尾水管壓力脈動(dòng)的理論研究工作。相信以后經(jīng)過研究人員的努力，在計(jì)算機(jī)和邊緣學(xué)科迅速發(fā)展的基礎(chǔ)上，尾水管渦帶壓力脈動(dòng)的理論研究定將有新的發(fā)展1。

本詞條內(nèi)容貢獻(xiàn)者為:

徐恒山 - 講師 - 西北農(nóng)林科技大學(xué)