一种斜弯锥的混流式水轮机尾水管制造技术

本发明专利技术公开一种斜弯锥的混流式水轮机尾水管。尾水管依次由斜弯锥段单元、弯肘段单元和扩散段单元组成，斜弯锥段单元、弯肘段单元和扩散段单元的中轴线、斜弯锥段单元的上游侧轮廓线和下游侧轮廓线、弯肘段单元的上游侧轮廓线和下游侧轮廓线、扩散段单元的顶部轮廓线和底部轮廓线均服从指数型曲线y＝a+b*e

【技术实现步骤摘要】
一种斜弯锥的混流式水轮机尾水管


[0001]本专利技术属于水利水电工程领域，具体涉及一种斜弯锥的混流式水轮机尾水管。

技术介绍

[0002]水电能源作为最大的可再生能源和清洁能源将得到持续开发和利用。混流式水轮机的突出优点在于可以较高效率地在较广的范围内运行，缺点是在高于或低于设计流量时水轮机内部的流动不稳定性问题明显，会在尾水管内部形成螺旋形或者圆柱形涡带，并伴随较严重的出力波动。
[0003]为了解决现有混流式水轮机内部的流动稳定性问题，目前的处理措施有需要额外提供能量的掺气或者注水等，还有不需要提供能量的转轮泄水锥形状和尾水管断面形状优化设计等。由于混流式水轮机内部流动很复杂，目前的工程措施并没有很好地解决混流式水轮机内部流动的不稳定问题及出力波动问题。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种斜弯锥的混流式水轮机尾水管，通过斜弯锥的非对称设计破坏尾水管涡带的螺旋对称结构或者圆柱对称结构，有效拟制尾水管涡带的生成，进而降低压力脉动，提升水轮机的运行稳定性和出力稳定性。
[0005]实现本专利技术目的的技术解决方案为：一种斜弯锥的混流式水轮机尾水管，尾水管依次由斜弯锥段单元、弯肘段单元和扩散段单元组成，
[0006]斜弯锥段单元设置在混流式水轮机转轮出口，斜弯锥段单元与弯肘段单元的连接，以及弯肘段单元与扩散段单元的连接均为光滑过渡；
[0007]所述斜弯锥段单元、弯肘段单元和扩散段单元的中轴线、斜弯锥段单元的上游侧轮廓线和下游侧轮廓线、弯肘段单元的上游侧轮廓线和下游侧轮廓线、扩散段单元的顶部轮廓线和底部轮廓线均服从指数型曲线y＝a+b*e
(cx)
，其中a、b和c均为待定常数，不同单元的不同线的a、b和c的取值不同，使得尾水管中的流体流态最好、涡带最小。
[0008]进一步的，斜弯锥段单元的上游侧轮廓线、中轴线和下游侧轮廓线均为向下凸形状并逐渐向下游弯曲，以竖直向下方向为参考，弯曲角度均逐渐增大，并且同一水平面处上游侧轮廓线弯曲角度∠α<中轴线弯曲角度∠β<下游侧轮廓线弯曲角度∠γ，且上游侧轮廓线弯曲角度∠α最大值小于15度，下游侧轮廓线弯曲角度∠β最大值小于20度。
[0009]进一步的，斜弯锥段单元的进口为水平方向，而出口为下游侧轮廓线终点高于上游侧轮廓线终点的倾斜方向，且出口方向与水平方向形成的角度∠δ小于20度。
[0010]进一步的，斜弯锥段单元的上游侧轮廓线、中轴线和下游侧轮廓线的终点相对起点的水平距离分别为l1、l2和l3，斜弯锥段单元的进口直径d1与混流式水轮机转轮出口的直径D相等，其中l1/d1＝0.075～0.3之间，l2/d1＝0.10～0.35，l3/d1＝0.18～0.42；
[0011]所述斜弯锥段单元的上游侧轮廓线、中轴线和下游侧轮廓线的终点相对起点的竖直距离分别为h1、h2和h3，其中h1/d1＝1.0～2.0，h2/d1＝1.0～1.8，h3/d1＝1.0～1.6。
[0012]进一步的，所述弯肘段单元的上游侧轮廓线和下游侧轮廓线的终点分别为扩散段单元的底部轮廓线和顶部轮廓线的起点。
[0013]进一步的，扩散段单元的进口和出口均为竖直方向，水平向距离为l5，出口顶点高于斜弯锥段单元的下游侧轮廓线终点，竖直向距离为d5；顶部轮廓线和底部轮廓线均为向下凸形状并逐渐向上弯曲，两者与水平方向形成的倾斜角均为∠ε，并沿下游方向逐渐增大，最大值小于15度。
[0014]进一步的，斜弯锥段单元的轮廓线在终点处的切向方向与弯肘段单元在起点处的切向方向夹角小于2.5度；弯肘段单元的轮廓线在终点处的切向方向与扩散段单元在起点处的切向方向夹角小于2.5度。
[0015]本专利技术与现有技术相比，其显著优点在于：
[0016](1)本专利技术提供的斜弯锥的混流式水轮机尾水管能够很好地提升水轮机在高于或低于设计流量时水轮机内部的流动稳定性，不仅可以拟制尾水管内部形成螺旋形或者圆柱形涡带，并且可以提升水轮机出力的稳定性能，可以为水电清洁能源的开发和利用提供服务。
[0017](2)本专利技术通过斜弯锥段单元将水轮机转轮出口的水流沿弯曲管道引向下游侧，这种曲线设计有利于水流的光滑过渡，并有利于与弯肘段的光滑衔接。
[0018](3)本专利技术的斜弯锥段单元、弯肘段单元和扩散段单元的中轴线和轮廓线均采用指数型曲线，有利于加快设计方案的制定，并有利于加快工程施工的进度；
[0019](4)本专利技术的斜弯锥的混流式水轮机尾水管拟制尾水管涡带生成的效果明显，并减小水轮机内部的压力脉动，进而减小输出功率的波动性，提升整体的运行稳定性。
附图说明
[0020]图1为安装有本专利技术斜弯锥的混流式水轮机尾水管的整体布置图；
[0021]图2本专利技术的斜弯锥段单元示意图；
[0022]图3本专利技术的弯肘段单元示意图；
[0023]图4本专利技术的扩散段单元示意图。
[0024]附图标记说明：
[0025]1‑
斜弯锥段单元，2
‑
弯肘段单元，3
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扩散段单元，4
‑
混流式水轮机转轮出口(即尾水管斜弯锥段单元进口)，5
‑
尾水管斜弯锥段单元出口(即尾水管弯肘段单元进口)，6
‑
尾水管弯肘段单元出口(即尾水管扩散段单元进口)，7
‑
斜弯锥段单元上游侧轮廓线，8
‑
斜弯锥段单元中轴线，9
‑
斜弯锥段单元下游侧轮廓线，10
‑
弯肘段单元上游侧轮廓线，11
‑
弯肘段单元中轴线，12
‑
弯肘段单元下游侧轮廓线，13
‑
扩散段单元底部轮廓线，14
‑
扩散段单元顶部轮廓线，15
‑
尾水管扩散段单元出口；
[0026]d1为混流式水轮机转轮出口4水平断面的直径，∠α为斜弯锥段单元上游侧轮廓线7与竖直方向的夹角，∠β为斜弯锥段单元中轴线8与竖直方向的夹角，∠γ为斜弯锥段单元下游侧轮廓线9与竖直方向的夹角，∠δ为尾水管斜弯锥段单元出口5与水平方向的夹角，h1和l1分别为斜弯锥段单元上游侧轮廓线7与起始点的竖直方向和水平方向偏移距离，h2和l2分别为斜弯锥段单元中轴线8与起始点的竖直方向和水平方向偏移距离，h3和l3分别为斜弯锥段单元下游侧轮廓线9与起始点的竖直方向和水平方向偏移距离，l4为斜弯锥段单元下
游侧轮廓线9的终点与尾水管弯肘段单元出口6的水平距离，l5为弯肘段单元出口6与扩散段单元出口的水平距离，d2为6水平断面的直径，d3为15水平断面的直径，d4为斜弯锥段单元下游侧轮廓线9的终点与尾水管弯肘段单元出口顶点的竖直距离，d5为斜弯锥段单元下游侧轮廓线9的终点与尾水管扩散段单元出口顶点的竖直距离。
具体实施方式
[0027]下面结合附图对本专利技术作进一步详细描述。...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种斜弯锥的混流式水轮机尾水管，其特征在于，尾水管依次由斜弯锥段单元(1)、弯肘段单元(2)和扩散段单元(3)组成，斜弯锥段单元(1)设置在混流式水轮机转轮出口，斜弯锥段单元(1)与弯肘段单元(2)的连接以及弯肘段单元(2)与扩散段单元(3)的连接均为光滑过渡；所述斜弯锥段单元(1)、弯肘段单元(2)和扩散段单元(3)的中轴线、斜弯锥段单元(1)的上游侧轮廓线和下游侧轮廓线、弯肘段单元(2)的上游侧轮廓线和下游侧轮廓线、扩散段单元(3)的顶部轮廓线和底部轮廓线均服从指数型曲线y＝a+b*e
(cx)
，其中a、b和c均为待定常数，不同单元的不同线的a、b和c的取值不同，使得尾水管中的流体流态最好、涡带最小。2.根据权利要求1所述的水轮机尾水管，其特征在于，斜弯锥段单元(1)的上游侧轮廓线、中轴线和下游侧轮廓线均为向下凸形状并逐渐向下游弯曲，以竖直向下方向为参考，弯曲角度均逐渐增大，并且同一水平面处上游侧轮廓线弯曲角度∠α<中轴线弯曲角度∠β<下游侧轮廓线弯曲角度∠γ，且上游侧轮廓线弯曲角度∠α最大值小于15度，下游侧轮廓线弯曲角度∠β最大值小于20度。3.根据权利要求2所述的水轮机尾水管，其特征在于，斜弯锥段单元(1)的进口为水平方向，而出口为下游侧轮廓线终点高于上游侧轮廓线终点的倾斜方向，且出口方向与水平方向形成的角度∠δ小于20度。4.根据权利要求3所述的水轮机...

【专利技术属性】
技术研发人员：周星，成立，黄泉水，
申请(专利权)人：扬州大学，
类型：发明
国别省市：