尾水管位於轉輪下方，是主要的通流部件，作用是引導進出轉輪的水流。尾水管的主要作用之一是回收轉輪出口的一部分水流能量，來觀察尾水管是如何回收能量的。在折線關閉規律下，先快後慢關閉時，尾水管真空度發生在折點處，先慢後快關閉時，尾水管真空度發生在導葉完全關閉時刻左右。但當有效時間變化到一定範圍，使前後兩段斜率變化極小時，則類似直線規律關閉。
基本介紹
- 中文名：尾水管
- 外文名：Draft tube
- 位置：位於轉輪下方
- 部件類型：通流部件
- 作用：引導進出轉輪的水流
- 學科：水電工程
水輪機的尾水管的作用,水輪機尾水管的工作原理,尾水管中的壓力脈動,消除和減輕振動的措施,研究現狀及展望,
水輪機的尾水管的作用
1、將轉輪出口的水流平順地引向下游。
2、利用下游水平面至轉輪出口處的高程差，形成轉輪出口處的靜力真空，從而利用轉輪的吸出高度。
3、回收轉輪出口的水流動能，將其轉換為轉輪出口處的動力真空，減少了轉輪出口的動能損失，從而提高水輪機效率。
水輪機尾水管的工作原理
尾水管的主要作用之一是回收轉輪出口的一部分水流能量，來觀察尾水管是如何回收能量的。
在折線關閉規律下，先快後慢關閉時，尾水管真空度發生在折點處，先慢後快關閉時，尾水管真空度發生在導葉完全關閉時刻左右。但當有效時間變化到一定範圍，使前後兩段斜率變化極小時，則類似直線規律關閉。
折線關閉規律的選擇決定於電站的工作水頭以及水輪機的特性曲線，適當的折線關閉規律對尾水管真空度值是有利的。
一般來講，尾水管壓力脈動主要是由部分負荷時尾水管渦帶引起的壓力脈動。當導葉開度為0.4至0.7時或者最優流量在在0.3至0.8的範圍內， 此時渦帶會經常出現。 而當導葉開度為0.5至0.6時，處在低負荷載載區，此時產生的壓力脈動最為嚴重。
在直線關閉規律下，無論一相還是末相水擊，尾水管真空度均隨有效關閉時間增大而減小；時間的變化導致下游調壓室水位變化較大時，真空度值將發生突變。
尾水管中的壓力脈動
尾水管內產生壓力脈動的原因，是由於在尾水管內產生螺旋狀空腔渦帶，此渦帶在尾水管內處在偏心位置，由於尾水管內壓力分布不均勻，所以渦帶旋轉時，在尾水管壁的固定點上就形成了周期性的壓力脈動。
尾水管壓力脈動的研究，主要有4種方法：理論分析；模型實驗；數值模擬（全流道進行非定常三維湍流數值模擬）；真機試驗。
消除和減輕振動的措施
1、尾水管加導流隔板：
因產生偏心渦帶的根本原因是轉輪出口水流有環量存在。因此用加隔導流板的辦法來消除環流，其目的在於消除或減弱偏心渦帶。導流隔板大概有以下幾種：一是在尾水管直錐段進口部位加置十字形隔板；二是在直錐段進口管壁加置導流隔板；三是在彎肘段前後加置導流隔板。
2.尾水管補氣的目的在於破壞尾水管的真空，方法有兩種：一是自然補氣；二是強迫補氣。補氣的位置通常是在直錐段。
應該指出，補氣也會引起某些不良現象。例如，在正常運行工況下，水輪機出力會降低，有時轉輪後面的壓力脈動反會增大，此外，已發現補氣可以引起飛逸轉速增大。
3、改進結構：
改進止漏裝置、轉輪葉片出水邊的形狀和厚度等等的結構。
4、合理安排機組的運行範圍。
5、對尾水管改型最佳化設計。
研究現狀及展望
將流體機械的基本流動理論與計算流體力學和最佳化方法結合在一起，尋求最優組合。分析尾水管壓力脈動的最終目的是為提高水輪機安全運行提出指導方案和建議。混流式水輪機穩定性的水力原因是一個有難度的課題，還有許多相關問題值得我們去研究，尤其是對尾水管壓力脈動的理論研究工作。相信以後經過研究人員的努力，在計算機和邊緣學科迅速發展的基礎上，尾水管渦帶壓力脈動的理論研究定將有新的發展。
