本发明专利技术涉及一种针对混流式水轮机尾水管消涡以及回收能量装置，所述蜗壳的前端开设进水口，蜗壳内部设置机舱，机舱内设有固定轴，固定轴上分别连接有固定导叶和活动导叶，机舱上连接有水轮机叶片；蜗壳后端连接尾水管，尾水管的末端开设出水口，尾水管的直锥段设置有若干个沟槽，尾水管的中段设置有压气桶，压气桶为中空的圆柱形结构，压气桶内设有密封活塞，密封活塞与压气桶内设置的弹簧相连，弹簧的一端与密封活塞固定，弹簧的另一端与压气桶的底部面固定；尾水管的中段管壁上连接有第一导流板，第一导流板与压气桶相连，尾水管的直锥段内壁上固定有第二导流板，第一导流板上开设有导气孔，导气孔与压气桶相连通；尾水管的末端连接有导流罩。连接有导流罩。连接有导流罩。
【技术实现步骤摘要】
一种针对混流式水轮机尾水管消涡以及回收能量装置
[0001]本专利技术涉及一种针对混流式水轮机尾水管消涡以及回收能量装置，应用在水轮机设备
技术介绍
[0002]公知的，尾水管是水轮机中重要的能量回收部件，其性能的好坏直接决定了水轮机机组的总效率。通常情况下，尾水管内部水流运动十分复杂，不同的方向上有不同的压力梯度，同时还伴有尾迹及流道中的“马蹄涡”和“削状涡”，流动有强烈的旋涡性，是非常复杂的三维非定常粘性流体运动，无法通过技术设备进行模拟检测。然而在水轮机低负荷运行时，尾水管通常有较大的压力脉动变化，在降低水轮机效率的同时也会影响机组运行的稳定性。为了改变水流的这种旋涡，人们通过对沟槽表面湍流边界层的研究，尤其是沟槽表面的减阻特性及其机理，从而实现提高流动稳定性的效果。沟槽减阻是由其诱导产生的二次涡与流向涡相互作用，使低速流体保持在沟槽内，减小了高低速流体间动量交换的效率，从而使阻力减小。沟槽表面可以抑制相干结构的猝发过程，缩短相干结构喷射和扫掠的时间尺度，从而达到减阻效果。沟槽表面不仅使层流边界层区域增大，而且使层流转换为湍流的雷诺数约增大4倍，从而使平板边界层的阻力降低。因此，如何利用沟槽的特性，以实现减小高低速流体间动量交换的效率，实现能量回收尾水管，提高原水轮机的发电效率，都是亟待解决的问题。
[0003]有公告号为CN109441691B的专利技术专利公开了一种尾水管带整流板混流式水轮机，并具体公开了在转轮内设置间隔布置的长叶片、短叶片以改善转轮内流场；巧妙地运用了锥形叶片均匀分布设置在尾水管周向内壁上，以分离转轮出流周向速度，组织涡流的形成，且该锥形叶片有导流与整流的作用，从而很好的解决了由于改善转轮流场特性引起的尾水管内流二次效应，很大程度上提高了水轮机性能。然而该专利技术并未解决上述提出的技术问题。
技术实现思路
[0004]为了解决上述技术问题，本专利技术提供一种针对混流式水轮机尾水管消涡以及回收能量装置，在水流压力脉动大时形成往复运动，推动空气发电机发电，从而达到回收电能的作用，提高原水轮机的发电效率。
[0005]本专利技术的技术方案如下：
[0006]一种针对混流式水轮机尾水管消涡以及回收能量装置，包括蜗壳，所述蜗壳的前端开设进水口，蜗壳内部设置机舱，机舱内设有固定轴，固定轴上分别连接有固定导叶和活动导叶，机舱上连接有水轮机叶片；所述蜗壳后端连接尾水管，尾水管的末端开设出水口，尾水管的直锥段设置有若干个沟槽，所述尾水管的中段设置有压气桶，压气桶为中空的圆柱形结构，压气桶内设有密封活塞，密封活塞与压气桶内设置的弹簧相连，弹簧的一端与密封活塞固定，弹簧的另一端与压气桶的底部面固定；所述尾水管的中段管壁上连接有第一
导流板，第一导流板与压气桶相连，尾水管的直锥段内壁上固定有第二导流板，所述第一导流板上开设有导气孔，导气孔与压气桶相连通；所述尾水管的末端连接有导流罩。
[0007]所述水轮机叶片为轴流式叶片。
[0008]所述沟槽为长方体凹槽结构，沟槽均匀分布在尾水管直锥段的内壁面上。
[0009]所述沟槽的宽度a与沟槽的深度h关系为a＝(1～2)*h，沟槽的长度与尾水管直锥段的长度相同。
[0010]所述沟槽覆盖的周向比例为整个圆周的50％，相邻两个沟槽之间的夹角为7.2
°
。
[0011]所述第一导流板和第二导流板均为三片，第一导流板均匀分布在尾水管的中段管壁上，第二导流板均匀分布在尾水管的直锥段内壁上，第二导流板的截面为梯形结构且带有圆弧侧。
[0012]所述第二导流板的上部设置有鳍片。
[0013]所述导气孔设置在第一导流板根部的夹板中间，导气孔用于在压气桶与空气发电机之间换气。
[0014]所述导流罩为喇叭型结构，导流罩通过第一导流板固定在尾水管上。
[0015]本专利技术具有如下有益效果：
[0016]1、本专利技术在尾水管的直锥段设置有若干个沟槽，利用沟槽诱导产生的二次涡与流向涡相互作用，减小了高低速流体间动量交换的效率，从而使阻力减小，从而使得沟槽对混流式水轮机运行过程中的尾水管涡带现象起到较为显著的抑制作用。
[0017]2、本专利技术通过在水轮机尾水管安装压气式发电装置，在水流压力脉动大时形成往复运动，推动空气发电机发电，从而达到回收电能的作用，通过在尾水管尾部安装带导流罩的轴流式能量回收装置能够实现回收尾水管能量；同时，在尾水管直锥后段内壁配有梯形截面的第二导流板，并在第二导流板上部内测设置加鳍，可进一步用小涡带影响主涡带，稳定水流；此外，该装置配有第一导流板，在固定该压气式发电装置的同时也能改善尾水管的流态。
[0018]3、本专利技术结构简单、安装方便、维护经济、取材广泛，对不同水头、不同工况的水电机组都有改善其稳定性和提高效率的作用。
[0019]4、本专利技术通过利用低负荷运行下水轮机尾水管的高幅压力脉动，推动密封活塞在压气桶中往复运动，将气体推进空气发电机发电；将尾水管中损失的能量充分利用起来，提高了水轮机的发电效率，在收集尾水管能量的同时也能起到整流作用。
[0020]5、本专利技术可以改善水轮机尾水管工作的稳定性,提高整个水力发电机组运行的稳定性，延长了机组的寿命，减少了设备的维修次数，降低了水电系统的维护费用、节约了成本；同时，本专利技术提高了水的利用率，在水资源日益短缺的今天有着重要的工程实际意义。
附图说明
[0021]图1为本专利技术的整体结构示意图；
[0022]图2为本专利技术中导流罩的截面结构示意图；
[0023]图3为本专利技术中密封活塞与弹簧的的结构示意图；
[0024]图4为本专利技术中第一导流板与导气孔的结构示意图；
[0025]图5为本专利技术中尾水管中段的压力脉动变化曲线图。
[0026]图中附图标记表示为：
[0027]1、蜗壳；2、固定导叶；3、活动导叶；4、水轮机叶片；5、沟槽；6、尾水管；7、第一导流板；8、导流罩；9、机舱；10、固定轴；11、导气孔；12、压气桶；13、密封活塞；14、进水口；15、弹簧；16、出水口；17、第二导流板。
具体实施方式
[0028]下面结合附图和具体实施例来对本专利技术进行详细的说明。
[0029]参见图1至图5所述的一种针对混流式水轮机尾水管消涡以及回收能量装置，包括蜗壳1，所述蜗壳1的前端开设进水口14，蜗壳1内部设置机舱9，机舱9内设有固定轴10，固定轴10上分别连接有固定导叶2和活动导叶3，机舱9上连接有水轮机叶片4；所述蜗壳1后端连接尾水管6，尾水管6的末端开设出水口16，尾水管6的直锥段设置有若干个沟槽5，所述尾水管6的中段设置有压气桶12，压气桶12为中空的圆柱形结构，用于储存空气，压气桶12内设有密封活塞13，密封活塞13与压气桶12内设置的弹簧15相连，弹簧15的一端与密封活塞13固定，弹簧15的另一端与压气桶12的底部面固定，密封活塞13在弹簧15的作用下在压气桶12中来回活动；弹簧15的刚度与尾水管6压本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种针对混流式水轮机尾水管消涡以及回收能量装置，其特征在于：包括蜗壳(1)，所述蜗壳(1)的前端开设进水口(14)，蜗壳(1)内部设置机舱(9)，机舱(9)内设有固定轴(10)，固定轴(10)上分别连接有固定导叶(2)和活动导叶(3)，机舱(9)上连接有水轮机叶片(4)；所述蜗壳(1)后端连接尾水管(6)，尾水管(6)的末端开设出水口(16)，尾水管(6)的直锥段设置有若干个沟槽(5)，所述尾水管(6)的中段设置有压气桶(12)，压气桶(12)为中空的圆柱形结构，压气桶(12)内设有密封活塞(13)，密封活塞(13)与压气桶(12)内设置的弹簧(15)相连，弹簧(15)的一端与密封活塞(13)固定，弹簧(15)的另一端与压气桶(12)的底部面固定；所述尾水管(6)的中段管壁上连接有第一导流板(7)，第一导流板(7)与压气桶(12)相连，尾水管(6)的直锥段内壁上固定有第二导流板(17)，所述第一导流板(7)上开设有导气孔(11)，导气孔(11)与压气桶(12)相连通；所述尾水管(6)的末端连接有导流罩(8)。2.如权利要求1所述的一种针对混流式水轮机尾水管消涡以及回收能量装置，其特征在于：所述水轮机叶片(4)为轴流式叶片。3.如权利要求1所述的一种针对混流式水轮机尾水管消涡以及回收能量装置，其特征在于：所述沟槽(5)为长方体凹槽结构，沟槽(5)均匀分布在尾水管(6)直锥...
【专利技术属性】
技术研发人员：吴在强，林亚涛，张厚瑜，关英波，李颖杰，陈泽钦，魏源，肖贤彪，杨海云，林家洋，叶开宾，肖喜财，陈学仁，林孝财，
申请(专利权)人：国网福建省电力有限公司，
类型：发明
国别省市：
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