專利名稱：一種基于振動式渦流發(fā)生器的尾水管的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于流體機械及工程設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種用于中型和大型水輪機出口處的尾水管。
背景技術(shù)：
水輪機是把水流的動能轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)機械能的動力機械，屬于流體機械中的透平機械?，F(xiàn)代水輪機大多數(shù)安裝在水電站內(nèi)，用來驅(qū)動發(fā)電設(shè)備。水輪機按工作原理可分為沖擊式水輪機和反擊式水輪機兩大類。其中反擊式水輪機都設(shè)有尾水管，尾水管往往設(shè)計成一種管徑橫截面面積由小增大的彎管，轉(zhuǎn)輪出口處的水流經(jīng)過這樣的一種彎管時，流速下降， 壓力升高，形成逆壓力場，因此尾水管又叫做擴壓管。其作用是把轉(zhuǎn)輪出口處的水流排向下游；回收轉(zhuǎn)輪出口處一部分水流的能量，充分利用水流的位能。在實際運用中我們希望尾水管中水流的流動盡可能平穩(wěn)，擴壓效果盡可能好。然而在實際工作中，尾水管往往存在著以下幾種狀況。其一，由于尾水管是一種擴壓式的管道，當(dāng)水流流經(jīng)尾水管時會引起脫流、二次回流和流動的不穩(wěn)定性，對于彎肘式的尾水管，這種現(xiàn)象更為明顯。其二，當(dāng)水輪機在偏離最優(yōu)工況運行時，進入尾水管的流動就會變得更加的復(fù)雜，水流中夾雜的空蝕氣泡在離心力的作用下形成與水流共同旋轉(zhuǎn)的尾水渦帶，尾水渦帶在周期性非平穩(wěn)因素的影響下產(chǎn)生偏心，并以低頻的周期在尾水管內(nèi)旋轉(zhuǎn)，撞擊著尾水管的壁面，所形成反射波向上游傳播，造成機組出力的擺動和尾水管的壓力脈動，當(dāng)渦帶誘發(fā)的壓力脈動頻率接近機組的某一個固有頻率是，又將引起強烈的共振。這些問題不僅會使機組的運行存在著不穩(wěn)定的情況，還會使得尾水管的壓力恢復(fù)系數(shù)減少，水輪機的工作效率下降。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型就是針對目前尾水管存在的各種問題，提供一種改善其工作性能含振動式渦流發(fā)生器的新型尾水管。本實用新型的設(shè)計思路常規(guī)式尾水管中存在逆壓力場，加上壁面摩擦力的作用， 使得流體發(fā)生分離和回流；另一方面，由水輪機轉(zhuǎn)輪出口處流出的水常伴有大的漩渦，并在常規(guī)式尾水管中任由發(fā)展。倘若尾水管中水流的流動能夠被人為的改變，這將對尾水管和水輪機機組的工作性能有巨大的影響。本實用新型正是基于這種思路，提出一種振動式渦流發(fā)生器用于改善尾水管的性能。振動式渦流發(fā)生器的工作部分通過驅(qū)動部件驅(qū)動后在尾水管管壁附近作和來流方向垂直的振動。當(dāng)水流流過時，將產(chǎn)生一系列的附壁漩渦，使得自由流中的高速流體和壁面附近的低速流體進行能量和動量的轉(zhuǎn)換，使流動均勻化，延緩流體分離；另一方面，這些附壁漩渦將破壞大漩渦的生成，抑制壓力脈動。這將明顯改善尾水管的工作穩(wěn)定性，同時提高壓力恢復(fù)系數(shù)。本實用新型解決技術(shù)問題所采取的技術(shù)方案為本實用新型將常規(guī)尾水管分為兩段，包括前部分的進水段和后部分的導(dǎo)水段；導(dǎo)水管和進水段之間通過法蘭相連，進水段內(nèi)安裝有振動式渦流發(fā)生器，所述的振動式渦流發(fā)生器設(shè)置于進水段后半部分的獨立封閉腔室內(nèi)，且振動式渦流發(fā)生器沿進水段圓周方向均布固定安裝6 12個。所述的振動式渦流發(fā)生器包括驅(qū)動電機和工作薄片，驅(qū)動電機的輸出軸固定安裝有與該輸出軸垂直的工作薄片，所述的工作薄片寬度w不超過進水口內(nèi)徑d的十分之一，工作薄片的中心與進水口端面的距離不超過進水口內(nèi)徑d，平衡位置時的工作薄片與管壁距離為h，w/2 ^h^w,工作薄片振幅A小于薄片寬度w的一半，工作薄片的振動周期T保持在五分之一秒和一秒之間。如上所述的振動式渦流發(fā)生器規(guī)格相同，且沿內(nèi)壁圓周方向均勻布置。本實用新型的有益效果本實用新型能夠主動控制附壁渦流，采用直流電機或步進電機驅(qū)動后能實現(xiàn)自動控制。主要適用于中型和大型的水利發(fā)電機組，確保其在各種工況下能高效運行。

圖1為實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為振動式渦流發(fā)生器放大示意圖；圖3為圖1中A-A向剖視圖；圖4為圖1左視圖；圖5為圖4中B向視圖；圖6為圖4中C向視圖。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖對本實用新型作進一步說明。如圖1所示，該新型尾水管具體包括尾水管進水段1和導(dǎo)水段4兩部分，法蘭盤2 和3用于將其連接。進水速度為u，方向如圖所示。進水口端面內(nèi)徑為d，薄片中心與進水口端面的距離為L，兩者滿足L < d，正方形薄片寬度為w，和端面內(nèi)徑滿足w < d/10。薄片中心處于平衡位置時和管壁距離為h，它與薄片寬度w應(yīng)滿足關(guān)系式w/2彡h彡W0如圖2所示，密封墊5置于蓋板6下，蓋板中心開小孔用于將振動式渦流發(fā)生器的驅(qū)動部件8和工作薄片7相連接，管外密封部件9和管體連接，用于安裝振動式渦流發(fā)生器的驅(qū)動部件，管外密封部件9和蓋板6通過密封墊5圍合成密封腔室，管外密封部件9要根據(jù)具體位置在底端開相應(yīng)的小孔用于排出漏進的水。圖3為圖1中A-A向剖視圖，本實施例給出尾水管安裝6個振動式渦流發(fā)生器示意圖，也可以安裝6 12個，且沿圓周方向均勻分布。圖4所示為安裝6個渦流發(fā)生器時圖1的左視圖。當(dāng)與工作薄片連接的輸出軸工作時會有部分水通過蓋板6中的小孔帶入部件9中，因此在部件9中最底下部分需要開排水孔，如圖5和圖6 (即圖4中B和C向視圖)所示，也可以做成柵格形狀，圖中虛線所示。振動式渦流發(fā)生器工作薄片振動方向如圖2中所示，當(dāng)水流流過時，將產(chǎn)生一系列的附壁漩渦，減少了壁面邊界層的厚度，提高了界面上整體流速的均勻性，避免了非定?；亓鲄^(qū)的形成。另一方面，這些附壁漩渦將破壞大漩渦的生成，抑制壓力脈動。這將明顯改善尾水管的工作穩(wěn)定性，同時提高壓力恢復(fù)系數(shù)。
權(quán)利要求1. 一種基于振動式渦流發(fā)生器的尾水管，包括前部分的進水段和后部分的導(dǎo)水段，其特征在于導(dǎo)水管和進水段之間通過法蘭相連，進水段內(nèi)安裝有振動式渦流發(fā)生器，所述的振動式渦流發(fā)生器設(shè)置于進水段后半部分的獨立封閉腔室內(nèi)，且振動式渦流發(fā)生器沿進水段圓周方向均布固定安裝6 12個；所述的振動式渦流發(fā)生器包括驅(qū)動電機和工作薄片，驅(qū)動電機的輸出軸固定安裝有與該輸出軸垂直的工作薄片，所述的工作薄片寬度w不超過進水口內(nèi)徑d的十分之一，工作薄片的中心與進水口端面的距離不超過進水口內(nèi)徑d，平衡位置時的工作薄片與管壁距離為 h，w/2 ^ h ^ w,工作薄片振幅A小于薄片寬度w的一半，工作薄片的振動周期T保持在五分之一秒和一秒之間。
專利摘要本實用新型涉及一種基于振動式渦流發(fā)生器的尾水管?，F(xiàn)有的尾水管會引起脫流、二次回流和流動的不穩(wěn)定性。本實用新型包括前部分的進水段和后部分的導(dǎo)水段，其特征在于導(dǎo)水管和進水段之間通過法蘭相連，進水段內(nèi)安裝有振動式渦流發(fā)生器，所述的振動式渦流發(fā)生器設(shè)置于進水段后半部分的獨立封閉腔室內(nèi)，且振動式渦流發(fā)生器沿進水段圓周方向均布固定安裝6～12個；所述的振動式渦流發(fā)生器包括驅(qū)動電機和工作薄片，驅(qū)動電機的輸出軸固定安裝有與該輸出軸垂直的工作薄片。本實用新型能夠主動控制附壁渦流，采用直流電機或步進電機驅(qū)動后能實現(xiàn)自動控制。主要適用于中型和大型的水利發(fā)電機組，確保其在各種工況下能高效運行。
文檔編號F03B11/00GK202140227SQ20112018423
公開日2012年2月8日 申請日期2011年6月2日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月2日
發(fā)明者洪樹立, 潘華辰 申請人:杭州電子科技大學(xué)