尾水管的作用.doc

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1、一、尾水管的作用尾水管是反击式水轮机所特有部件，冲击式水轮机无尾水管。尾水管的性能直接影响到水轮机的效率和稳定性，一般水轮机中均选用经过试验和实践证明性能良好的尾水管。反击式水轮机尾水管作用如下：1．将转轮出口处的水流引向下游；2．利用下游水面至转轮出口处的高程差，形成转轮出口处的静力真空；3．利用转轮出口的水流动能，将其转换成为转轮出口处的动力真空。图5-69表示三种不同的水轮机装置情况：没有尾水管；具有圆柱形尾水管；具有扩散形尾水管。图5-69在三种情况下，转轮所能利用的水流能量均可用下式表示（5-38）式中——转轮前后单位水流的能量差；——转轮进

2、口处的静水头；——大气压力；——转轮出口处压力；——转轮出口处水流速度。在三种情况下，由于转轮出口处的压力及不同，从而引起使转轮前后能量差的变化。图5-69尾水管的作用1．没有尾水管时如图5-69。转轮出口代入式（5-38）得（5-39）式（5-39）说明，当没有尾水管时，转轮只利用了电站总水头中的部分，转轮后至下游水面高差没有利用，同时损失掉转轮出口水流的全部功能。2．具有圆柱形尾水管时如图5-69。为了求得转轮出口处的压力，列出转轮出口断面2及尾水管出口断面5的伯努利方程(5-40)式中——尾水管内的水头损失。因此上式亦可写成（5-41）式中称为静

3、力真空，是在圆柱型尾水管作用下利用了所形成。以值代入式（5-38），得到采用圆柱型尾水管时，转轮利用的水流能量即（5-42）从式（5-42）可见与没有尾水管时相对比较，此时多利用了吸出水头，但动能仍然损失掉了，而且增加了尾水管内的损失，即此时多利用了数值为的能量（静力真空值）。3．具有扩散型尾水管时如图5-69。此时根据伯努利方程可得出：断面2处的真空值为：（5-43）比较式（5-43）与式（5-41）可见，此时在转轮后面除形成静力真空外，又增加数值为的真空称为动力真空，它是因尾水管的扩散作用，使转轮出口处的流速由减小到形成的。将式（5-43）中的值代

4、入式（5-38）得扩散型尾水管条件下转轮利用的水流能量为：（5-44）比较式（5-44）与式（5-42）可见，当用扩散形尾水管代替圆柱形尾水管后，出口动能损失由减少到，又多利用了数值为的能量，此值亦称为断面2处的附加动力真空，当然此时扩散形尾水管中的水头损失也有所增加。故实际上在断面2处所恢复的功能为，比式（5-43）中定义的动力真空值少了管中的损失。为了估计扩散形尾水管的恢复功能效能，设想扩散形尾水管内没有水力损失，且出口断面为无穷大，没有动能损失，则此时断面2处的理想动力真空就等于转轮出口的全部功能。实际恢复的动能与理想恢复的功能的比值称为尾水管的

5、恢复系数（5-45）式（5-45）表明，尾水管内的水头损失及出口动能越小，则尾水管的恢复系数越高。因此恢复系数表征了尾水管的质量，反映了其转换功能的能力，故有时也称为尾水管的效率。根据以上分析，水流经尾水管总的损失为内部水力损失与出口动能损失之和，即将式（5-45）代入上式得：（5-46）尾水管相对水力损失，即能量损失与水轮机水头H之比值为：由上式可见，尾水管的恢复系数不是尾水管的相对损失，它只反映其转换动能的效果。两个不同比转速的水轮机即使具有相同的尾水管恢复系数，而由于它们的转轮出口动能所占总水头的比重不同，其实际相对水力损失也不同。高比转速水轮机

6、的转轮出口动能占总水头的40%左右，而低比转速水轮机却不到1%。以尾水管的恢复系数都等于75%来估算，则高比转速水轮机尾水管的相对水力损失达，而低比转速的仅为左右。由此可见，尾水管对高比转速水轮机起着十分重要的作用。从此也可以看到尾水管对轴流式水轮机比对混流式水轮机更重要。二、尾水管的基本类型图5-71弯肘形尾水管图5-70直锥形尾水管1．直锥形尾水管。如图5-70所示，这是一种简单的扩散形尾水管，广泛使用于中小型水电站中（转轮直径m）它制造容易，因为在直锥形尾水管内部水流均匀，阻力小，所以其水力损失小，恢复系数比较高，一般可以达到83%以上。直锥形尾

7、水管母线多是直线，[图5-70]，也有母线为曲线而使管子呈喇叭状[图5-70]。2．弯曲形尾水管。如图5-71所示，用于大中型水电站的立式水轮机中。它由三部分组成。进口锥管，肘管及扩散管。进口锥管是一个竖直的圆锥扩散管。图5-72肘管是一个90°的弯管，它的进口断面为圆形，出口断面为矩形。出口扩散管是一个水平放置的断面为矩形的扩散管。这种尾水管的锥管段里衬由制造厂提供，尾水管在现场用钢筋混凝土完成。在大中型电站的立式水轮机中，如采用直锥形尾水图5-72肘管1—锥面；2—水平圆柱面；3—垂直圆锥面；4—垂直面；5—斜面；6—圆环面；7—上翘面管，由于管子

8、长，需将下游控制得很深，大大增加土建工程量，以致实际上不可能实现，所以必须采用弯肘形尾水管。在