第七章 水轮机尾水管
尾水管的作用和原理
尾水管的作用和原理
1. 尾水管安装在水轮机的尾水道中,用于收集和利用水轮机尾水的能量。
2. 水轮机使用水流产生动力时,水流动能没有完全转换为机械能,还有部分残余动能。
3. 尾水管可以收集和利用这部分残余的水流动能,提高水能的利用效率。
4. 水从水轮机排出后速度较大,进入尾水管,对管壁产生动量冲击压力。
5. 这个压力会使管壁变形,通过机械传动装置带动发电机转动发电。
6. 尾水管的橫截面积会逐渐增加,减慢水流,维持压力来驱动管壁运动。
7. 也可以通过调节尾水管出口的断面来控制压力,改变发电量。
8. 尾水管发电方式简单可靠,没有额外水头要求,可以有效发挥残余水能。
9. 但输出功率较小,因此多用作水电站的辅助发电方式。
10. 合理设计尾水管的尺寸、材质、传动等参数,可以提高发电效果。
尾水管选型计算
第三节尾水管选型计算尾水管是水轮机重要通流部件之一，尾水管的作用是将流过水轮机转轮的水引向下游，同时回收一部分水流能量，因此水电站都设有尾水管。
其型式和尺寸对水轮机的效率和运行的稳定性有很大的影响。
大型立式机组，由于土建投资占电厂总投资的比例很大，故一般选用弯肘形尾水管以降低水下开挖量和混凝土量。
弯肘形尾水管的几何形状及主要参数，如图1—2—1所示。
图1—2—1 弯肘形尾水管一、尾水管类型选择尾水管分为直锥形尾水管和弯肘形尾水管两类。
该电站总容量为58.7万KW，为大型水轮机组，如采用直锥形尾水管，将会带来巨大的挖深，因而是不经济的，所以尽管弯肘形尾水管的水里损失大些且水里性能不如直锥形尾水管，但由于挖深较小因而采用弯肘形尾水管。
该电站最高水头为95m，肘管宜设金属里衬。
二、尾水管各部尺寸的选择1．尾水管的高度h尾水管的高度h是指水轮机底环平面到尾水管底板的高度，它对尾水管的恢复系数、水轮机运行稳定性及电站开挖量有直接影响。
高度h越大，锥管段的高度可取大一些，因而降低了锥管段出口即肘管段进口及其后部流道的流速，这对降低肘管中的水力损失有利。
一般情况下，通过尾水管的流量愈大，h应采用较大的值，但h增大受到水下挖方量的限制。
h的确定，与水轮机型式有关。
由于混流式和定桨式水轮机在偏离最优工况运行时，尾水管中会出现涡带，引起机组振动，如果h太小，则机组振动加剧，故h选择时应综合考虑能量指标和运行稳定性。
根据经验，h一般可作如下选择：H＜120 m的混流式及定桨式水轮机，取h≥（2.3～2.7）D，取1 =2.5 4.5=11.25m。
h=2.5D12．肘管的选择肘管段的形状十分复杂，因为水流要在肘管内拐弯90 ，同时要由进口圆形断面逐渐过渡到出口为矩形断面。
它对尾水管的恢复系数影响很大，且肘管中的水力损失最大。
肘管难以用理论公式计算，通常采用推荐的标准肘管，图1—2—2所示为4号系列肘管。
图中各部分的尺寸参数列于表1—2—4中。
水轮机 尾水管安装说明书
库类别 适 用 范 围
基础环、座环、转轮室、预埋管道及附件、裸装件、枷装件及 1
庞大沉重的非精加工部件
转轮、转轮体、叶片、顶盖、底环、导叶、控制环、上机架支
1.2.2.4 零部件加工表面所涂的防锈材料，直到该部件安装时才能 除去。如果在货物验收时，发现这些表面有伤痕或防锈材料脱落，应 先用溶剂将防锈层除去，并重新涂上防锈材料。不允许用刮刀、砂纸 等可能损伤加工表面的工具去除防锈层。对高精度加工面，在采取任 何行动前，都必须同卖方的技术指导商定。
1.2.2.5 装配发货的部件在验收时，如发现零件漏装等原因造成缺
东方电气集团东方电机有限公司
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鲁地拉 HLD267c–LJ–710 水轮机安装说明书
1. 总 则
1.1 适用范围与要求
1.1.1 本说明书是东方电机有限公司生产的鲁地拉电站水轮机在现 场安装、调试和实验的技术指导文件。
1.1.2 本说明书阐述了机组安装的顺序、调整工艺和基本要求，其与 我公司提供的图纸及其他随机文件互为补充。该说明书可以帮助安装 单位熟悉该产品安装的基本步骤、部分部件的具体安装方法以及调整 和验收的标准，但并非所有部件的安装细节。
1.3.7 埋设部件安装后应加固牢靠，以避免埋入部件在混凝土浇注过 程中位移和变形。基础螺栓、千斤顶、拉紧器、楔子板、基础板等均 应点焊固定。圆钢埋设时，应与混凝土内的钢筋搭焊；拉锚埋设时， 应尽可能与混凝土内的钢筋搭焊。埋设部件与混泥土结合面，应无油 污和严重锈蚀。
1.3.8 混凝土浇筑时应保证混凝土在埋件周围均匀沉积，不得从高处 投掷或单向浇捣，合理确定浇筑速度和每层浇高以避免埋件产生位移 和变形，浇筑速度应不大于 300mm/h，每层浇筑高度不超过 3m，混 凝土的高程差不大于 300mm；在混凝土浇筑过程中应监视埋件的变 形，并按实际情况随时调整混凝土浇筑顺序；封闭位置浇筑时应在浇 筑前预埋排气管或者在适当位置开设混凝土浇注孔、排气孔；混凝土 与埋件结合面应密实，不得有空洞、疏松等缺陷，必要时应进行压力 灌浆处理。压力灌浆的压力建议为 0.2Mpa，脱空面积建议为 0.2m2， 压力灌浆部位根据脱空的实际情况开设相应的灌浆孔、排气孔并加工 出相应的螺纹孔；灌浆完成后，分别用相应的的丝堵（或堵头）将灌 浆孔、排气孔封堵并进行必要的焊接。
高清图文+尾水管的作用、型式及其主要尺寸确定
弯肘型尾水管
减小厂房开挖深度，水力性能好，大中型号 水轮机均采用弯肘型尾水管。 组成：直锥段、肘管、出口扩散段。
1. 进口直锥段： 进口直锥段是一个垂直的圆锥形扩散管，D3为
直锥管进口直径，θ为锥管单边扩散角。
混流式：直锥管与基础环相接，(转轮出口直
径)， θ=7°~ 9°
轴流式：与转轮室里衬相连接，D3=0.937D1，
尾水管的作用、型式及其主要尺寸确定 一、尾水管的作用
转轮所获得能量等于转轮进出口之间的能量差：
E
E1
E
E2
1.无尾水管时：E 1 ( H 1
pa )
E2 A
H2
pa
2V22
2g
转轮获得能量：
EA
E1
E2 A
H1
(H2
2V22
2g
)
2
.
θ=8°~ 10°。
h3——直锥段高度，其长度增加将会导致开挖 量增加。一般在直锥段加钢板衬。
2. 肘管：
90°变断面的弯管，进口为圆形断面，出口 为矩形断面。F进/F出=1.3 曲率半径R小——离心力大——压力、流速 分布不均匀—hw大。R=(0.6~1.0)D4 为减小转弯处的脱流及涡流损失，肘管出口 收缩断面(hc)： 高/宽=0.25 3、出口扩散段： 矩形扩散管，出口宽度B5，
E1
E2B
H1
( 2V22
2g
h25 )
水轮机多获得的能量：
E
EB
EA
H2
(2V22 5V52
计水轮机尾水管回收能量的认识与尾水管简单设计
对水轮机尾水管回收动能机理的认识一、水轮机的尾水管的作用1、将转轮出口的水流平顺地引向下游。
2、利用下游水平面至转轮出口处的高程差，形成转轮出口处的静力真空，从而利用转轮的吸出高度 。
3、回收转轮出口的水流动能，将其转换为转轮出口处的动力真空,减少了转轮出口的动能损失,从而提高水轮机效率。
二、水轮机尾水管的工作原理由能量平衡方程：设转轮所利用的水流能量为ΔE△Ｅ=取2-2断面为基准面，则△Ｅ=（） （1）(1）转轮出口没有装置尾水管水轮机没有装置尾水管，转轮出口直接与大气相通,则代入（1）式可得转轮所利用的能量为a p p =2())2(20221-∆+-=∆E h gH d υ(2）转轮出口装置圆柱形尾水管（如图所示）取5—5断面为基准面，对2—2，5—5断面列能量平衡方程式,则:由于圆柱形尾水管出口断面面积相等,代入上式化简得：代入（1）式可得转轮所利用的能量为：（3）转轮出口装置扩散形尾水管同转轮出口装置园柱形尾水管一样列能量平衡方程式，则式中 由于扩散形尾水管，则： =代入（1）式可得转轮所利用的能量为:由以上可以看出：结论： ())2(20221-∆+-=∆E h gH d υ 52255222202-∆+++=+++h g p g p h H s υγυγ())2(50222-∆+-+=∆E h g H H s d υ52255222202-'∆+++=+++h g p g p h H s υγυγ ())2(50253-'∆+-+=∆E h g H H s d υ())2(50222-∆+-+=∆E h gH H s d υ(1)没有装置尾水管时，转轮只利用了电站总水头的部分，同时损失掉转轮出口水流的全部动能(2)装置圆柱形尾水管时，与没有装置尾水管相比，此时转轮多利用了的能量.这一多出部分称之为静力真空，它是在圆柱形尾水管作用下，转轮出口处不再是大气压而是相应的负压，由于负压存在相当于增加了作用在转轮两端的压力差。
水轮机尾水管课程设计
水轮机尾水管课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能理解水轮机尾水管的基本结构及其在水力发电过程中的作用；2. 学生能够掌握水轮机尾水管的设计原理和计算方法；3. 学生能够了解水轮机尾水管对水轮机性能的影响。
技能目标：1. 学生能够运用相关知识对水轮机尾水管进行简单的设计计算；2. 学生能够通过实例分析，评估不同尾水管设计对水轮机效率的影响；3. 学生能够运用绘图软件绘制水轮机尾水管的结构图。
情感态度价值观目标：1. 学生通过学习水轮机尾水管的设计，培养对水利工程建设的兴趣和热情；2. 学生在学习过程中，增强团队协作意识，提高沟通与交流能力；3. 学生能够认识到水轮机尾水管设计的重要性，增强对能源利用和环境保护的意识。
课程性质：本课程为应用实践型课程，以理论教学为基础，注重培养学生的实际操作能力和创新能力。
学生特点：初三学生，具有一定的物理基础和数学计算能力，对水利工程有一定的了解，好奇心强，喜欢动手实践。
教学要求：结合学生特点，采用讲授、实例分析、小组讨论等多种教学方法，引导学生掌握水轮机尾水管的设计原理和方法，提高学生的实际应用能力。
在教学过程中，注重学生的主体地位，激发学生的兴趣和积极性，培养学生的创新思维和团队协作精神。
通过课程学习，使学生能够达到上述课程目标，为后续相关课程打下坚实基础。
二、教学内容1. 水轮机尾水管的结构与功能：介绍水轮机尾水管的基本结构，包括尾水管、弯头、扩散段等组成部分，分析其功能在水力发电过程中的作用。
2. 水轮机尾水管设计原理：讲解水轮机尾水管的设计原理，涉及流体力学的相关知识，如流速、流量、压力等，以及尾水管尺寸、形状与水轮机性能的关系。
3. 水轮机尾水管设计计算：依据教材相关章节，引导学生学习尾水管设计计算方法，包括流量计算、压力损失计算等，并通过实例进行讲解。
4. 水轮机尾水管对性能影响：分析不同尾水管设计对水轮机效率、稳定性等性能的影响，结合实际工程案例，让学生了解优化设计的重要性。
水轮机尾水管内部水压力脉动论文
水轮机尾水管内部水压力脉动论文【摘要】水轮机尾水管内部的水压力脉动是造成水轮机机组发电效益和稳定运行的重要因素之一，通过本文的研究发现，尾水管涡带的主要涡量来源于水轮机泄水锥和转轮上冠，这对尾水管内部的水压力脉动的预测和控制起着很重要的作用。
【关键词】水轮机；尾水管；压力脉动；涡带1.引言2013年柘林水电厂二号机组出现异常振动，经检查发现机组振动主要由水力干扰引起，而水力干扰一般有机组过流部件的流道不均匀造成的水力随机振动，上下止漏环间隙不对称产生的自激振动、高水头低负荷尾水涡带引起的低频振动。
通过停机与带负荷试验，检查主轴密封，并对尾水压力、机组振动频率、顶盖压力测量结果进行分析，上游水位60.72m，下游水位24.80m，在尾水管内出现中心压力低，四周压力高的偏心涡带，引起尾水管内水流的低频压力脉动，它传递到尾水管臂、转轮、顶盖、导水机构、蜗壳，引起有关部件（管）的振动或摆动，为此产生涡带振动。
2.尾水管内部水压力脉动研究2.1部分负荷2.1.1涡带的表现起源于泄水锥的水轮机尾水管涡带呈现螺旋状，而且轮转转向和旋转方向，此时，尾水管涡带导致水轮机的其他部位产生较大的脉动，还会产生水轮机的出力波动和巨大的轴向推力。
尾水管内螺旋状涡带如图1所示。
2.1.2尾水管内的压力分布尾水管内按照时间平均的压力是向中心不断减小的，由于不对称涡带的存在，水流也是不对称的，尾水管内同一半径上的压力分布趋势只能通过瞬时测得的压力反应，涡核内部空腔外的区域压力沿半径减小的方向快速降低，涡核外部压力沿半径减小的方向缓速减小。
而且空蚀工况下的压力比非空蚀工况下的压力降低的小，沿着尾水管的中心，大半径段压力的最大值出现在弯肘段处，小半径压力的最大值出现在直锥段处。
2.1.3压力脉动的频率在部分负荷下，f转总是大于f涡，自由水面、吸出高度、水头对频率的影响可以忽略不计，这两个频率的实际测量比值一般在0.26-0.39之间。
尾水管资料
二、压力脉动引起的机组振动
1．尾水管中的压力脉动 尾水管内产生压力脉动的原因，是由于在尾水管
内产生螺旋状空腔涡带，此涡带在尾水管内处在偏心 位置，由于尾水管内压力分布不均匀，所以涡带旋转 时，在尾水管壁的固定点上就形成了周期性的压力脉 动。 尾水管压力脉动的研究, 主要有4种方法: 理论分析; 模型实验; 数值模拟（全流道进行非定常三维湍流数 值模拟）; 真机试验。
2、尾水管补气 其目的在于破坏尾水管的真空，方法有两种：
一是自然补气；二是强迫补气。补气的位置通常是 在直锥段。
应该指出，补气也会引起某些不良现象。例如
，在正常运行工况下，水轮机出力会降低，有时转 轮后面的压力脉动反会增大，此外，已发现补气可 以引起飞逸转速增大。
3、改进结构 改进止漏装置、转轮叶片出水边的形状和厚度
等等的结构。 4、合理安排机组的运行范围 5、对尾水管改型优化设计
三、消除和减轻振动的措施
1、尾水管加导流隔板 因产生偏心涡带的根本原因是转轮出口水流有环
量存在。因此用加隔导流板的办法来消除环流，其 目的在于消除或减弱偏心涡带。导流隔板大概有以 下几种：一是在尾水管直锥段进口部位加置十字形 隔板；二是在直锥段进口管壁加置导流隔板；三是 在弯肘段前后加置导流隔板。
H d
pa
p2
2 2
2g
h0 2 (1)
下面分三种情况来讨论：
（1）转轮出口没有装置尾水管
水轮机没有装置尾水管，转轮出口直接与大气
相通，则
p2 pa
p2 pa 代入（1）式可得转轮所利用的能量为
水轮机尾水管的研究状况综述
云
南的 棉
花 山 电站就 是一 例
2
对 尾 水 管中流态的研 究
为 了 设 计 良好 的转 轮
、
尾 水管
、
研 究 尾 水 管 的水 力性能 和 压力脉 动规律
, ,
,
都必 须 弄
清尾 水管 的 流态
。
目前
、
,
尾水 管 中的 流 态 还 难 以 用计算 的方法 来摸拟
、
主要 是通 过测量
的 方法来 了解 流态
,
。
曲线 的称 为 喇叭管或 钟 型尾水 管
4 A
、
大 中 型 电站使 用较 多的是 弯肘 型尾 水管
4 C)
,
主要 是苏 联研 制的 标准 型 小 型 电站除 采用弯 肘 型 以 外
、
、 ( 4 H ,
4 E
、
Hale Waihona Puke 这些 尾水 管具有 良好 的性 能
。
还 采用 直 锥
。
型 率
、
卧 式机 组还 使用 弯 型 尾 水 管 稳定性
,
是 否 可 以拓宽
。
、
其 运 用范 围呢 ? 资料 〔幻对 喇叭型 尾水 管运 用于 大中型 电站进 行 了研 究 认 为是 可行的
( 3 ) 非标 准型尾 水管 的研 究 根 据 电站 的具体 要求
,
开 发 新 型的 尾水管
1 资料 〔2
〕
对 高原 卧式 机组设 计 了 几种 非标准 型 的尾水 管 异
, ,
”
b
e a l
kd o 留的
。
另 一 种 是 以 德 国的拉 贝
,
日本 的细 井
丰等提 出 的
第七章 水轮机的引水部件(13 )
A d tg hL cos
2 2 2
⑦ 椭圆短半径
2 1.045 A 0.81L 1.345L
2
⑧ 椭圆长半径
1 L 2 2 ctg
⑨ 椭圆断面中心距
2 2 a Ra Ra Ra 1.22 2 0 sin sin 55
D a 外径： 1.55 1.64 D1
D b 内径： 1.33 1.37 D1
注：当
D1 3.2m 时取上限值
② 蝶形边锥角 由座环工艺决定，一般取
55
0
③ 蝶形边高度（由座环决定）
b0 h K tg 2
④ 蝶形边半径（由座环决定）
Da r0 K ra K 2
必定是对数螺旋线。
§7-3
⒈ 包角
蜗壳的主要参数
0
① 定义
包角——从鼻端至进口断 面所包围的角度。 鼻端——蜗壳中过水断面 面积为零的那个断面。 进口断面——蜗道的进口 断面。
② 包角的选择 对于高水头电站，由于应用流量较小，断面 尺寸和平面尺寸也较小，蜗壳占地面积不是主要 矛盾。从水力性能来看，蜗道部分水流沿园周方 向均匀分布，这不仅使机组运行稳定且水力损失 小。相反，非蜗道部分水流沿园周方向分布不均 匀分布，机组运行不稳定且水力损失大。为获得 良好的水力性能。 0 0 0 金属蜗壳，包角一般选用 340 ~ 350 通常采用包角为 0 3450。
x1
x x2 所
曲线，那么曲线 f r br 与 轴及 r 和 r R 所包围的面积即等于S。
b b r dr ，只须作出 r r r
r
r rb
水轮机的蜗壳尾水管及气蚀课件
尾水管内的压力分布会影响水流速度和能量回收效果，需要对尾水 管内的压力分布进行详细分析，以指导尾水管设计。
04
气蚀现象与防治措施
气蚀现象的产生原因与危害
产生原因
气蚀是由于水流在低压区域产生气泡 ，随后在高压区域破裂的现象。气泡 破裂时产生的冲击力和高温对材料表 面造成破坏。
危害
气蚀会导致材料表面的剥蚀、坑蚀、 疲劳破坏等，严重影响水轮机的性能 和寿命。
气蚀的影响因素与机理
影响因素
水流速度、压力变化、材料性质、气泡大小及数量等。
机理
当水流经过低ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ区域时，溶解在水中的气体析出形成气泡。气泡随水流进入高压 区域后迅速破裂，产生高能冲击和局部高温，对材料表面造成破坏。
气蚀的防治措施与方法
选用抗气蚀性能 良好的材料
采用具有高韧性、高强度和 良好耐蚀性的材料，如不锈 钢、钛合金等，以提高材料 的抗气蚀能力。
长度与转弯半径
蜗壳的长度和转弯半径应 设计得足够大，以减小水 流的速度和涡旋强度，降 低能量损失。
蜗壳的性能分析与优化
压力分布
通过对蜗壳内水流压力分布的分析，可以评估蜗壳设计的合理性， 以及发现可能存在的气蚀风险。
湍流强度
降低蜗壳内的湍流强度有助于提高水轮机的效率，可以通过优化蜗 壳的几何形状和尺寸来实现。
水轮机的故障诊断与预防
振动故障诊断
01
通过对水轮机振动信号的监测和分析，可以判断设备是否存在
故障，以及故障的位置和程度。
气蚀故障诊断
02
气蚀是水轮机的一种常见故障，通过对设备表面的检查和探测
，可以发现气蚀的存在，并及时采取修复措施。
预防性维护
03
项目五反击式水轮机的尾水管
项目五反击式水轮机的尾水管反击式水轮机的尾水管是指水力发电站的水轮机排放出的水流经过一段尾水管后再进入自然水体或者再次利用的管道。
在水力发电过程中，水流通过水轮机叶片的作用产生动能，然后通过尾水管将水流释放出去。
尾水管的设计和建造对水力发电站的运行效率和环境影响具有重要意义。
一、功能：1.尾水排放：反击式水轮机的主要功能是将水轮机排放的尾水排放到河流或其他水体中。
尾水管的设计需要考虑尾水的流量和速度，以确保尾水能够顺利排入水体，防止尾水冲击对水体造成负面影响。
2.压水：尾水管在排水的同时也可以利用水的动能，通过合理设计管道的倾斜度和直径，将水流压水送到下游。
这样不仅可以节省能源，还可以提高水力发电站的发电效率。
3.再利用：尾水管也可以将排放的尾水再次利用，例如用于农田灌溉、饮用水或者再次发电。
这需要对尾水进行进一步处理，例如进行沉淀过滤、杀菌消毒等工序。
二、设计要点：1.流量和速度：尾水管的设计需要根据水轮机的额定流量和尾水的排放要求确定。
一般来说，尾水管的直径要大于水轮机的出口直径，以保证水流的顺畅排放。
同时，尾水的流速也要适中，过小会增加管道的阻力，而过大会导致水流冲击。
2.倾斜度：尾水管的倾斜度也需要设计合理。
倾斜度过大会导致水流速度过快，增加了水流对水轮机的冲击力，从而损坏水轮机；倾斜度过小则会造成水流的堵塞，降低发电效率。
倾斜度的设计需要综合考虑水流的速度、管道的直径和水位控制等因素。
3.材料选择：尾水管需要承受尾水的冲击和压力，因此需要选择耐腐蚀、高强度的材料。
常用的材料有钢材、镍合金、铜等。
4.尾水管附属设施：尾水管的设计还需要考虑附属设施，如泄洪口、闸门等。
这些设施可以在尾水管的运行中实现尾水的控制和调节，以确保水流的稳定性和安全性。
三、尾水管的环境影响与处理措施：1.河流水质影响：尾水排放到河流中会对河流的水质产生一定影响，尤其是尾水中可能含有的沉淀物、悬浮物和有机污染物。
为了最大限度地减少对河流水质的影响，可以通过沉淀池、滤网等设施对尾水进行预处理，减少污染物的含量。
水轮机尾水管设计与施工技术考核试卷
B.定期进行安全培训
C.使用安全防护设备
D.加快施工进度
6.以下哪些因素会影响尾水管的水力性能？()
A.管道长度
B.管道直径
C.管道材质
D.水流方向
7.以下哪些方法可以用于尾水管的施工监测？()
A.视频监控
B.声波探测
C.遥感技术
D.人工巡检
8.以下哪些情况可能导致尾水管施工中的质量问题？()
A.施工材料价格
B.施工设备租赁费
C.施工人员工资
D.施工期间的天气条件
三、填空题（本题共10小题，每小题2分，共20分，请将正确答案填到题目空白处）
1.水轮机尾水管的设计应考虑到水轮机的______和______。
（）（）
2.尾水管的扩散段设计时，其扩散角度一般应小于______度。
（）
3.为了提高尾水管的结构稳定性，常采用______和______的方式。
A.施工材料不合格
B.施工工艺不规范
C.施工环境恶劣
D.施工人员技能不足
9.以下哪些水轮机类型适用于尾水管的设计与施工？()
A.冲击式水轮机
B.轴流式水轮机
C.混流式水轮机
D.反击式水轮机
10.在尾水管设计中，以下哪些因素会影响尾水管的扩散性能？()
A.扩散角度
B.管道பைடு நூலகம்度
C.管道直径
D.水流速度
11.以下哪些措施可以提高尾水管的耐久性？()
4. C
5. D
6. D
7. C
8. A
9. C
10. A
11. C
12. C
13. A
14. A
15. A
16. B
第七章 水轮机尾水管
三、尾水管内的损失
hw v5
2
相对损失
hw v5 hw 2g
2
v5
2
2g
hw v2
2
H
h w 1 w v2
2
由于
2g
hw
2g
1 w 所以，有
2 gH
不同比速水轮机（水头不同），相对损失不同！何宝海 能源动力工程学院
E H
1 2
v2
E H 1 H
s
v5
2
2g
v v5 2 hw 2g
2 2
2g
hw
E E H
s
由此看出，此能量差包括两部分：
H
2
s
：位能。
2
v2 v5 2g
hw
：动能、尾水管中的水力损失。
第七章 水轮机尾水管
第一节 概述 第二节 尾水管的作用原理 第三节 尾水管的选择
能源动力工程学院 何宝海
第一节 概述
一、尾水管的作用
1.将转轮出口水流平顺地引向下游 2.利用转轮出口动能，减少出口动能损失 3.当转轮装在下游水面以上时，利用转轮出口至下游水 面的高程差
水轮机尾水管PPT课件
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尾
水
管
后，
EB
转
轮所
E1
获得
E2 B
能量：
H1
(2V2
2g
2
h25)
水轮机多获E得的E能B 量E：A
H2
(2V22 5V52
2g
h25)
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设置尾水管以后，在转轮出口形成了压力降低，出 现了真空现象，真空由两部分组成：
• 静力真空：H2(落差)，也称为吸出高度Hs；
• 动力真空(转轮出口的部分动能)
尾水管局部尺寸的变更尾水管局部尺寸的变更?厂房设计中由于地形地质条件布置厂房的原因在厂房设计中由于地形地质条件布置厂房的原因在不影响尾水管能量指标的前提下对选出的尾水管尺寸可不影响尾水管能量指标的前提下对选出的尾水管尺寸可作局部变更作局部变更
可得：
p2
pa
H2
(2V22 5V52
2g
h25 )
设
尺寸有关），一般用动能恢复系数ηw表示
w
(
2
v
2 2
5v52
2g
h
25
)
/
2
2
v
2 2
g
Hd
/
2 v22
2g
ηw >0.8 时，效果较好；≦0.3～0.4时，效果较差。
w 1 w
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第二节 尾水管主要尺寸确定
• 尾水管的作用是排水、回收能量。其型式、尺寸 影响、厂房基础开挖、下部块体混凝土尺寸。
尾水管的型式及主要尺寸分析
尾水管的型式及其主要尺寸的确定一、 直锥形尾水管（用于小型水轮机：→转轮直径m D 8.05.01～＜） 如图所示，为一竖轴水轮机的直锥形尾水管，mm D D )105(13～+=433～=D L(对于立式机组L ≤4ｍ)，锥角θ＝12°～16°附注：应当指出：当θ＞16°时，采用喇叭形尾水管，322～=D L从而，D D Ltg 3522+=θ方法一：经验法为保证尾水管排出的水流能在尾水渠中顺畅流动，尾水渠的尺寸应不小于下列数值：D ～h 3)5.11.1(=(ｈ值不宜过分取大值) D ～B 3)0.12.1(= B C 85.0= 方法二：查图法D ～h 5)0.16.0(=(ｈ值不宜过分取大值) D ～B 5)7.04.0(= B C 85.0=二、弯锥形尾水管（用于卧轴HL水轮机）三、弯肘形尾水管（大中型电站）大中型电站为了减小尾水管的开挖深度,均都采用弯肘形尾水管：1. 进口直锥管h 1、h 2由转轮设计中求得： (HL 式水轮机中有如下推荐) mm ～D 308.34.121==ｈｍ时，； mm ～D 450.61.421==ｈｍ时， 直圆锥管的高度：D h 33)25.14.0(～=D 3为直锥管的进口直径，锥管的单边扩散角θ值：HL 式：直锥管与基础环相接，则=D 3转轮出口直径D 2，θ=7°～9°ZL 及转桨式：与转轮室里衬相连接，=D 3D 937.01，θ=8°～10°(轮毂比小于等于0.45时，取较大值有；同时，当轮毂比大于0.45时，θ取较小值)2.肘管一般推荐使用半径D R 4)0.16.0(～=，外壁R6及上限，内壁R7用下限； 肘管高度h 4：D h 44=； 肘管长度L 1：D L 35.141= 为减小转弯处的脱流及涡流损失，肘管出口收缩断面(h c)：高/宽=0.25；同时进出口端面面积比为：3.1/＝出进F F大中型ZL 式机组及水头H ≤200ｍ的高比转速HL 式机组采用标准混凝土肘管如下所示：水头H＞200ｍ的低比转速HL式机组，由于水流速度大，肘管需加钢板里衬，不再采用下图所示的标准肘管，而采用由圆形进口断面经椭圆过渡到矩形出口断面的肘管，如下图：3. 尾水管的高度与水平长度尾水管的总高度ｈ：ZL 及转桨式－h ≥2.3D1，最低不得小于2.0D1低比转速(D1 > D2)HL ：h ≥2.2D1高比转速(D1<D2)HL ：h ≥2.6D1，最低不得小于2.3D1总长度通常取：D L 1)5.45.3(～= 4. 出口扩散段顶板长度为D D L L ～～L 2112)4.28.1()32(==-=，α=10°~13°，底板水平（少数情况下为减少开挖量而抬高尾水管，此时一般不超过6°~12°，低比转速水轮机取上限）扩散段B 5：ZL 及转桨式－D B ～15)7.23.2(=；HL 式－D B ～15)3.37.2(= 扩散段h5：D h ～25)5.10.1(=当ｍ～＞12105B 时，允许加隔墩： B b ～55)15.01.0(=b ～R 5)63(=，b ～r 5)3.02.0(=D l 14.1≥5.推荐的尾水管尺寸混流式和轴流式水轮机尾水管的尺寸，一般情况下可按下表选用：。
尾水管的作用
一、尾水管的作用（一）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)2()(22221g V g P g P H E E E a d +-+=-=∆ρρ（5-38）式中E ∆——转轮前后单位水流的能量差；d H ——转轮进口处的静水头；a P ——大气压力；2P ——转轮出口处压力；2V ——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2P 及2V 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)(a 。
转轮出口g P g P aρρ=2代入式（5-38）得g V H E d 222-='∆（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d H 部分，转轮后至下游水面高差s H 没有利用，同时损失掉转轮出口水流的全部功能g V 222。
2．具有圆柱形尾水管时如图5-69)(b 。
为了求得转轮出口处的压力g P ρ2，列出转轮出口断面2及尾水管出口断面5的伯努利方程ωρρh g V h g P g V g P H h as ++⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+=+++2222222 (5-40)式中ωh ——尾水管内的水头损失。
因此ωρρh H g P g P s a +-=2上式亦可写成ωρh H g P P s a -=-2（5-41）式中g P P a ρ2-称为静力真空，是在圆柱型尾水管作用下利用了s H 所形成。
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第一节 概述
直锥形尾水管
弯管形尾水管
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第一节 概述
弯肘形尾水管
直锥段
肘管段
水平扩散段
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第二节 尾水管的作用原理
一、尾水管作用原理
转轮进口的水流能量 转轮出口的水流能量 水轮机利用的能量
E1 H
1
pa
g
v2
2
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第七章 水轮机尾水管
第一节 概述 第二节 尾水管的作用原理 第三节 尾水管的选择
能源动力工程学院 何宝海
第一节 概述
一、尾水管的作用
1.将转轮出口水流平顺地引向下游 2.利用转轮出口动能，减少出口动能损失 3.当转轮装在下游水面以上时，利用转轮出口至下游水 面的高程差
二、尾水管的类型
1.直锥形尾水管: 结构简单，制造容易，性能好。 2.弯管形尾水管: 卧式机组。 3.弯肘型尾水管: 减少开挖工作量。性能较直锥形差。
第三节 尾水管的选择
弯肘型尾水管的选择
尾水管的高度、肘管形 式、水平段长度是影响 其性能的主要参数。
尾水管单线图的绘制
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三、尾水管内的损失
hw v5
2
相对损失
hw v5 hw 2g
2
v5
2
2g
hw v2
2
H
h w 1 w v2
2
由于
2g
hw
2g
1 w 所以，有
2 gH
不同比速水轮机（水头不同），相对损失不同！何宝海 能源动力工程学院
g
v2
H v5
2
2g
s
pa
g
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g
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2
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hw
代入能量差计算公式得到
E H 1 H
s
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2
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第二节 尾水管的作用原理
比较有、无尾水管时，水轮机转换能量的差别
通常用尾水管的恢复系数反映尾水管回收动能的能力。 能源动力工程学院 何宝海
第二节 尾水管的作用原理
二、尾水管的恢复系数
v2 v5
2 2
w
2g v2
2
hw 1
v5
2
2g
hw v2
2
1d
2g
2g
由此可见，尾水管内的水力损失和出口动能损失越小，尾 水管的恢复系数越大，回收动能的能力越强。
E H
1 2
v2
E H 1 H
s
v5
2
2g
v v5 2 hw 2g
2 2
2g Βιβλιοθήκη w E E Hs
由此看出，此能量差包括两部分：
H
2
s
：位能。
2
v2 v5 2g
hw
：动能、尾水管中的水力损失。
E H
p2
g
2g
2
1
p2 pa v2 g 2g g
1.无尾水管水轮机利用的能量
p2 pa
所以
E H
1
v2
2
2g
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第二节 尾水管的作用原理
2.装尾水管水轮机利用的能量
2
p2