CN214007398U - 一种圆形弯肘型尾水管 - Google Patents

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陈晓云
陆海
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Abstract

本申请提供一种圆形弯肘型尾水管，包括进口椎管、肘管和出口扩散管，所述进口椎管的出口断面与肘管的进口断面相连接，所述肘管的出口断面与出口扩散管的进口断面相连接，所述出口扩散管的出口断面面积大于进口断面面积，其优点在于，将尾水管出口扩散管改变成圆形，可以减小尾水管出口扩散管内的能量损失，提高水轮发电机组转轮所利用的能量，提高水轮发电机组的效率，同时可以改善尾水管出口扩散管内水流流态，提高水轮发电机组的稳定性。

Description

一种圆形弯肘型尾水管
技术领域
本申请涉及水轮发电机设计领域，尤其涉及一种圆形弯肘型尾水管。
背景技术
水轮发电机组的过流部件由四部分组成，分别为蜗壳、导水机构、转轮及尾水管。水流分别经过蜗壳、导水机构、转轮，然后进入尾水管，再流向下游。尾水管的作用除了将转轮出口的水流引向下游，同时可以回收一部分水流的能量。
对于大型水轮机为了减少开挖量，减少经济投资，提高其经济型，往往采用弯肘形尾水管，弯肘形尾水管主要有三部分组成，分别为进口椎管、肘管和出口扩散管，其中传统的弯肘形尾水管其出口扩散管是一个水平放置的断面为矩形的扩散管，其出口扩散管内水流的沿程损失和扩散损失相对较大，增加了尾水管的能量损失，其出口扩散管内的水流流态更加紊乱，从而增加了水轮发电机组的不稳定性，如图2所示。
实用新型内容
本申请提供一种能够只增加水流稳定性的圆形弯肘型尾水管，包括进口椎管、肘管和出口扩散管，所述进口椎管的出口断面与肘管进口断面相连接，所述肘管出口断面与出口扩散管进口断面相连接，所述出口扩散管出口断面面积大于进口断面面积。
可选的，所述肘管为弧形管，肘管进口断面与进口椎管出口断面的形状相适配，肘管出口断面与出口扩散管进口断面的形状相适配。
为了提高水流扩散效率，所述出口扩散管的扩散角为15°-25°。
可选的，所述进口椎管为进口椎管进口断面面积小于进口椎管出口断面面积的圆台形结构。
可选的，所述出口扩散管的截面为圆形或椭圆形。
本申请的优点在于，将尾水管出口扩散管改变成圆形，可以减小尾水管出口扩散管内的能量损失，提高水轮发电机组转轮所利用的能量，提高水轮发电机组的效率，同时可以改善尾水管出口扩散管内水流流态，提高水轮发电机组的稳定性。
附图说明
为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请的结构示意图。
图2为矩形出口扩散管的结构示意图。
图中，1-进口椎管，11-进口椎管出口断面，2-肘管，21-肘管出口断面，3-出口扩散管， 31-出口扩散管出口断面。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
如图1所示，本申请提供一种能够只增加水流稳定性的圆形弯肘型尾水管，主要由进口椎管1、肘管2和出口扩散管3组成。其中肘管2为弧形管，肘管进口断面与进口椎管出口断面11的形状相适配，肘管出口断面21与出口扩散管进口断面的形状相适配。出口扩散管3的形状为进口断面小于出口断面的圆台形结构。出口扩散管3的扩散角为15°-25°。出口扩散管3的断面为圆形或椭圆形。
进口椎管出口断面11与肘管进口断面相连接，肘管出口断面21与出口扩散管的进口断面相连接，出口扩散管出口断31面面积大于出口扩散管进口断面面积。
实施例1：
本申请提出了一中断面为圆形的出口扩散管的弯肘形尾水管，在转轮进口的净水头、吸出高度及尾水管出口断面面积不变(尾水管出口流速不变)的情况下，通过将尾水管出口扩散管断面改变成圆形，减小尾水管出口扩散管内的能量损失，从而减小尾水管内的能量损失，提高水轮发电机组转轮所利用的能量，提高水轮发电机组的效率。另外，将尾水管出口扩散管断面改变成圆形，可以减弱出口扩散管水流与壁面的撞击，改善出口扩散管内水流的流态，从而提高水轮发电机组的稳定性。
具体分析如下：
尾水管出口扩散管内的能量损失主要由两部分组成，分别为沿程水力摩擦损失和扩散损失，可以用下式表示
ξ＝h1+h2 (5)
式中ξ为尾水管出口扩散管内的能量损失，h1为尾水管出口扩散管内沿程水力摩擦损失， h2为尾水管出口扩散管内扩散损失。
为了计算尾水管出口扩散管内沿程水力摩擦损失，取一长为dx的微元管段，其摩擦损失为dh1，则
Figure DEST_PATH_GDA0003171677820000021
式中dh1为长为dx的微元管段内沿程水力摩擦损失，λ为沿程损失系数，D为当量直径， V为微元管段内的流速，dx为微元管段长度。
根据水轮发电机组的运行实际情况，可以根据舍维列夫公式计算沿程损失系数
Figure DEST_PATH_GDA0003171677820000022
根据式(6)及(7)可得，整个尾水管出口扩散管的沿程损失为
Figure DEST_PATH_GDA0003171677820000031
式中h1为整个尾水管出口扩散管的沿程损失，L为尾水管出口扩散管的长度。
尾水管出口扩散管内的扩散损失可以根据下面经验公式进行计算
Figure DEST_PATH_GDA0003171677820000032
式中h2为尾水管出口扩散管内的扩散损失，θ为尾水管出口扩散管倾角，V3为尾水管出口扩散管进口断面流速，V5为尾水管出口扩散管出口断面流速。
尾水管出口扩散管内总的能量损失为
Figure DEST_PATH_GDA0003171677820000033
从式(10)中可以看出，在出口扩散管长度不变，断面面积不变的情况下，当量直径越大，尾水管出口扩散管倾角越小，尾水管出口扩散管内总的能量损失越小。
对于断面为矩形的尾水管出口扩散管，假设其长度为dx的微元管段高度为bi,底面宽度为a,尾水管出口扩散管进口断面的高度为b1,出口断面的高度为b2,b2>b1则其当量直径D1 和θ1倾角为
Figure DEST_PATH_GDA0003171677820000034
Figure DEST_PATH_GDA0003171677820000035
对于相同断面面积的圆形断面尾水管出口扩散管，则长度为dx的微元管段，其当量直径 D2为
Figure DEST_PATH_GDA0003171677820000036
对于相同断面面积的圆形断面尾水管出口扩散管，其倾角θ2为
Figure DEST_PATH_GDA0003171677820000037
对于断面为矩形和断面为圆形的尾水管出口扩散管同一段微元管段内，比较两者的当量直径
Figure DEST_PATH_GDA0003171677820000038
所以断面为矩形和断面为圆形的尾水管出口扩散管同一段微元管段内，前者的当量直径小于后者。
对于断面为矩形和断面为圆形的尾水管出口扩散管，比较两者的倾角正切值，
Figure DEST_PATH_GDA0003171677820000041
所以断面为矩形和断面为圆形的尾水管出口扩散管，两者的倾角正切值，前者大于后者。
从式(10)、(15)、(16)可得，圆形断面的尾水管出口扩散管内的沿程水力摩擦损失和扩散损失均小于矩形断面圆形断面的尾水管出口扩散管内的沿程水力摩擦损失和扩散损失，因此将尾水管出口扩散管断面改变成圆形，可以减小尾水管出口扩散管内的能量损失，提高水轮发电机组转轮所利用的能量，提高水轮发电机组的效率。
以上结合具体实施方式和范例性实例对本申请进行了详细说明，不过这些说明并不能理解为对本申请的限制。本领域技术人员理解，在不偏离本申请精神和范围的情况下，可以对本申请技术方案及其实施方式进行多种等价替换、修饰或改进，这些均落入本申请的范围内。本申请的保护范围以所附权利要求为准。

Claims (5)

1.一种圆形弯肘型尾水管，其特征在于，包括进口椎管(1)、肘管(2)和出口扩散管(3)，
所述进口椎管出口断面(11)与肘管进口断面相连接，所述肘管出口断面(21)与出口扩散管进口断面相连接，所述出口扩散管出口断面(31)面积大于进口断面面积。
2.根据权利要求1所述的圆形弯肘型尾水管，其特征在于，所述肘管(2)为弧形管，肘管进口断面与进口椎管出口断面(11)的形状相适配，肘管出口断面(21)与出口扩散管进口断面的形状相适配。
3.根据权利要求1所述的圆形弯肘型尾水管，其特征在于，所述出口扩散管(3)的扩散角为15°-25°。
4.根据权利要求1所述的圆形弯肘型尾水管，其特征在于，所述进口椎管(1)为进口椎管进口断面面积小于所述进口椎管出口断面(11)面积的圆台形结构。
5.根据权利要求1所述的圆形弯肘型尾水管，其特征在于，所述出口扩散管(3)的截面为圆形或椭圆形。
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