計(jì)水輪機(jī)尾水管回收能量的認(rèn)識(shí)與尾水管簡(jiǎn)單設(shè)計(jì)

計(jì)水輪機(jī)尾水管回收能量的認(rèn)識(shí)與尾水管簡(jiǎn)單設(shè)計(jì)對(duì)水輪機(jī)尾水管回收動(dòng)能機(jī)理的認(rèn)識(shí)一、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。二、水輪機(jī)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(zhǔn)面，則△Ｅ=(Hd（1）轉(zhuǎn)輪出口沒(méi)有裝置尾水管水輪機(jī)沒(méi)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(dāng)前技術(shù)條件局限性，水輪機(jī)尾水管渦帶的研究的水力機(jī)械界常用的四種方法：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)。計(jì)算機(jī)技術(shù)處理系統(tǒng)自迅速發(fā)展以來(lái)，理論研究和實(shí)驗(yàn)研究的應(yīng)用進(jìn)展不大，但是CFD在水力機(jī)械技術(shù)上的應(yīng)用研究發(fā)展很快、也很成熟。CFD在獨(dú)立數(shù)值試驗(yàn)越來(lái)越顯示出強(qiáng)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(jī)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(wèn)題。理論研究方法主要是揭露物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的內(nèi)在規(guī)律使其清晰、普遍的顯示出來(lái)。水輪機(jī)內(nèi)部流動(dòng)極為復(fù)雜，特別是針對(duì)尾水管中的三維紊流流動(dòng)，大小渦流再加上空化的影響，還有二次流，有時(shí)候甚至是汽液兩相流的交叉影響。五、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(lái)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)氣其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。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（頂蓋密封的梳齒型的止漏裝置，活動(dòng)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?chē)娜惯叄┖秃穸鹊鹊鹊慕Y(jié)構(gòu)。4、合理安排機(jī)組的運(yùn)行范圍，水輪機(jī)在偏離設(shè)計(jì)工況下運(yùn)行，翼型的繞流條件與轉(zhuǎn)輪的出口條件均會(huì)發(fā)生較大改變，在葉片進(jìn)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(qiáng)的空腔渦帶。當(dāng)然，實(shí)際運(yùn)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(yùn)行方式，盡可能避開(kāi)振動(dòng)區(qū)，并且不讓機(jī)組在低負(fù)荷和超負(fù)荷下長(zhǎng)期運(yùn)行。5、對(duì)尾水管改型優(yōu)化設(shè)計(jì)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(dòng)，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(chǎng)更均勻，水流能在擴(kuò)散段有較好的平穩(wěn)流動(dòng)。尾水管流場(chǎng)流線云圖（左為原型，右為改形后）從該圖易見(jiàn)，改型前尾水管內(nèi)部流體質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)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(kuò)散段上部有一定的紊動(dòng)。六、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。混流式水輪機(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(wèn)題值