5 尾水管

5 尾水管

尾水管里衬为弯肘型。金属尾水管里衬自基础环下开始延伸至肘管出口,里衬锥管上部采用不锈钢板制作,下段衬料为普通碳钢。

根据国内外厂家以及一些有关单位对模型水轮机和真机的压力脉动的测试结果可知,通流部件中,压力脉动振幅的最大值一般是发生在尾水管段上,可以说,尾水管形状对振动的影响恐怕是最大的。关于尾水管形状对压力脉动的影响,有关的研究指出:

(1)尾水管压力脉动振幅与尾水管高度有关,随着尾水管高度增大,压力脉动减弱,小开度时减弱则更明显。

混流式水轮机是一种固定叶片的水力机械,当水轮机偏离最优工况运行时,其叶片后的出口水流会在尾水锥管内形成涡带,其涡带的形式随着水轮机工况的改变而改变,该涡带在自转和偏心公转的同时,在涡带核心部分形成负压并产生压力脉动,较大的压力脉动将引起机组的振动,严重者使机组摆度增大,出力发生波动,机组不能安全稳定运行。试验研究证明,这种现象会随着尾水管深度的不足而变得更加剧烈,因此,在选择混流式水轮机尾水管时,不但应该考虑尾水管恢复系数的提高,更要注重机组运行的稳定性。

近些年来,随着对大型水轮机水力性能要求的提高以及大型水轮机发生振动问题的比例增大,在首先考虑提高水轮机运行稳定性的前提下,水轮机尾水管深度有增高的趋势。

一般来说,尾水管高度对尾水管性能的影响是敏感的,窄高形尾水管从其断面变化来讲要差于常规尾水管,所以用其高度来弥补其性能。

哈尔滨电机厂曾经对多个地下电站项目作过窄高形尾水管的试验研究,根据其试验研究结果并结合国内外有关资料数据,从转轮能量讲,窄高形尾水管的最低深度应不小于3.0D1,考虑水轮机运行稳定性,尾水管的深度应适当有所加深,一般选择的尾水管合适的深度范围为:h=(3.0~3.5)D1

(2)尾水管高度相同而锥管高度不同时,短锥管者,压力脉动值大,主要表现在小开度时则更明显。另外的一项模型试验研究也表明:同一测点在相同工况下,压力脉动振幅值随着直锥管高度的增加而减小。也就是说,短锥管有可能使尾水管涡带的涡尾进入肘管的转弯段,从而增大了压力脉动幅值。

由于在结构上实现只改变尾水管中的深度、锥管长度和锥角中的任一项,同时保持其他两项不变是很困难的,因此一般的尾水管对压力脉动的影响试验都存在不同程度的局限性,即在改变了尾水管深度的同时也改变了锥管和锥角。所以,试验结果应该是同时改变了三个因素的结果,同时试验结果还受试验时尾水管的特定形式的影响。

表3 向家坝水电站尾水管主要几何参数

尾水锥管长度及其锥角大小对转轮的出口压力分布都有很大影响,因此应该对尾水管高度和尾水锥管长度及其扩散角进行合理的总体选择,才能获取改善压力脉动影响的理想效果。

通过对多种不同地面厂房尾水管设计方案流动分析,最终选择的向家坝水电站水轮机的尾水管主要几何参数见表3。