第05章-吸出管的水力设计

吸出管的水力设计吸出管的基本类型直锥形吸出管设计弯肘形吸出管设计弯肘形吸出管的标准化吸出管的基本类型吸出管的基本类型钟形吸出管弯锥形吸出管弯锥形吸出管是由等圆弯头接直锥形管构成。液流在其中弯头部分转弯后流速分布不均匀，致使液流在锥管中的流动状态恶化，水力损失较大，多用于小型卧式水轮机多应用于有特殊要求的水电站。吸出管的基本类型弯肘形吸出管水力性能不如直锥形吸出管，但因其比采用直锥形吸弯肘形吸出管出管的水电站挖深小，可以降低水电站造价，故在大多数立式反击型水轮机中普遍使用。弯肘形吸出管的恢复系数约为75%，比直锥形吸出管的恢复系数小约10%恢复系数的概念2225252222vccHgcgh---D=直锥型吸出管的水力设计1.管中只有轴向流动且流动均匀分布2.管中流动不均匀而且略带环量1.管中只有轴向流动且流动均匀分布2512Hhh摩擦损失扩散损失222518tan2cchg2251.2523.2(tan)2cchg1.管中只有轴向流动且流动均匀分布221.252113.2(tan)18tannnnn为直锥管的扩散度，θ为直锥管角度的一半2252112tanAnALD2(3~4)LD2.管中流动不均匀而且略带环量第一种液流运动情况是理想状态，在实际水轮机的大部分运转工况下，管中液流运动是不均匀的，且具有一定程度的圆周分速度。轴向流速不均匀且靠边壁处流速较大，或具有一定旋转的液流都可以减小产生脱流的可能性，降低扩散损失。但是，另一方面由于圆周分速度的动能难于转换为动力真空，因而出口动能损失将较大。直锥型吸出管的水力设计步骤近似公式估算出流速度c5计算出流管的直径确定锥管角度和长度排水渠道弯肘形吸出管的水力设计弯肘形吸出管的直锥段锥角可以取得比直锥形的大一些，这样可以减小直锥管段的出口流速，以使进入肘管的液流流速降低，因而可以减小肘管中的水力损失。实验表明，这样减小的水力损失要比扩大锥角增加的水力损失为大。吸出管的高度对其恢复系数影响较大，经试验证明，适当加高吸出管高度，水轮机的最优效率和大流量区有提高趋势，且单位功率可以提高。弯肘形吸出管设计中的几个问题由于水电站地形、地质和机组布置上的原因，有时会出现偏心吸出管、翘角吸出管、长吸出管等特殊问题。偏心吸出管出口扩散管轴线与机组中心线间偏移一定距离，且与蜗壳的较大径向尺寸方向相适应。这样可以减小机组平面布置宽度和水电站建筑工程量，尤其是对于高比转速水轮机的效果更为明显。同时，水轮机在最优工况下工作时自转轮出来的液流往往是偏向转轮旋转方向的，出口扩散管轴线这样的偏移将使吸出管出口断面上的流速分布均匀，可以减少吸出管水力损失。弯肘形吸出管设计中的几个问题翘角吸出管弯肘形吸出管设计中的几个问题长吸出管长吸出管一般用于地下厂房的水电站，据报导，长吸出管的效率有所降低，但未影响机组的稳定运转。轴流式水轮机采用长吸出管后，增加了抬机的危险性；混流式水轮机在甩负荷时，尚未发生过反水锤抬机。椭圆断面吸出管椭圆断面吸出管已广泛应用，它不仅使金属吸出管加工方便，试验还表明，最优效率有增大趋势。在大流量区，效率与过流能力相同；在小流量区，此类吸出管的平均效率约提高1%吸出管金属里衬在吸出管中流速大于6m/s段内需衬钢板，以防混凝土被冲刷破坏，特别是含沙量大的水电站。弯肘形吸出管的标准化根据实践经验和模型试验的结果，对反击式水轮机做出了肘管的标准系列。在一般情况下，水轮机设计时以选用标准系列为宜。由于特殊要求，可以修改或重新设计吸出管，但必须进行模型试验研究。