[发明专利]一种减弱尾水管压力脉动的混流式水轮机泄水锥

说明书

技术领域：本发明涉及一种减弱尾水管压力脉动的混流式水轮机泄水锥。

背景技术：水轮机转轮出口的水流具有旋转环量，在其中心位置会形成低压区，随着水流的旋转环量的增大，旋转中心的压力会逐渐降低，当压力小于水的汽化压力时，中心位置会形成真空，此时尾水管中形成了涡带。目前泄水锥主要是沿着水轮机上冠延伸下来的锥形结构，偏离最优工况时在转轮出口处会形成涡带，由于尾水管中的涡带随着时间周期性变化，尾水管壁所受的压力也是周期性变化的，这种现象称为尾水管的压力脉动。尾水管的压力脉动是引起水轮机发电机组振动的主要原因之一，降低水轮机的压力脉动对水轮机组的安全稳定运行有很大益处。

发明内容：本发明是一种能够减弱尾水管压力脉动的混流式水轮机泄水锥。本发明的技术方案为：一种减弱尾水管压力脉动的混流式水轮机泄水锥，由空心圆柱、锥形结构、圆孔组成，锥形结构和空心圆柱的回转中心重合，它们之间采用圆弧光滑过渡连接，圆孔均匀分布在空心圆柱上。

技术效果：

水轮机尾水管的压力脉动是由尾水管中的水流形成的旋转涡带引起的，要减弱尾水管的压力脉动就必须减弱尾水管的涡带。涡带的形成是由于水流的旋转中心出现了真空，如果能够减小甚至消除该位置的真空区域，那么涡带就会相应的减弱甚至消除。本发明主要是通过将水流引入到涡带中心的真空区，破坏涡带形成的条件来消除或减弱涡带，达到减弱压力脉动的目的。通过模型试验观测到本发明中的泄水锥能够明显的减弱涡带的强度。

采用如图2所示的常规混流式水轮机泄水锥时，转轮出口处的水流(4)主要沿泄水锥的锥面方向流动，采用如图1所示的打孔泄水锥后，水流遇到空心圆柱(1)后流动方向改为沿着圆柱壁面流动，泄水锥和圆柱连接处光滑过渡可以减小能量的损失，在孔(3)的附近水流(4)发生了分叉，一部分水流沿着孔(3)进入了圆柱空腔(2)中，由于孔(3)的方向是斜向下的，对水流的阻碍作用小，有利于更多的水流进入，从空腔(2)中流出的水补充到涡带(5)的中心真空区域，涡带中心的压力升高，涡带由此消除或减弱，达到了降低尾水管压力脉动的目的。采用本发明中能够减弱尾水管压力脉动的混流式水轮机泄水锥后，利用沿孔(3)流入的水流补充到涡带(5)的真空区域，消除或减弱尾水管涡带，进而达到降低水轮机压力脉动的目的。

附图说明：

图1为本发明中能够减弱尾水管压力脉动的混流式水轮机泄水锥

图2为常规混流式水轮机泄水锥

图3为泄水锥和空心圆柱连接A处局部放大图

具体实施方式：

如图1所示，一种减弱尾水管压力脉动的混流式水轮机泄水锥，该装置由空心圆柱1、锥形结构6、圆孔3组成，锥形结构6和空心圆柱1的回转中心重合，它们之间采用圆弧光滑过渡连接，圆孔3均匀分布在空心圆柱1上。本发明中能够减弱尾水管压力脉动的混流式水轮机泄水锥就是在泄水锥的下端增加一个空心圆柱1，连接方法如局部放大图3所示：圆柱和泄水锥的连接处用一段圆弧光滑过渡，圆柱壁上开下斜孔3，如图1所示，空心圆柱1外壁直径应处于转轮直径的0.05倍到0.27倍的范围内，其长度不小于其外壁直径的0.1倍，孔3的形状是等径的圆孔，孔3的直径应不小于0.005倍的泄水锥空心圆柱1的外壁直径，孔的中心线和泄水锥回转中心线的夹角应处于0度和80度之间。为了使流入圆柱空腔2处的水流均匀分布，孔的分布要遵循如下原则：(1)在圆周方向上均匀分布，数量不小于2；(2)沿圆柱轴向分层分布，层数不小于2。