本發明專利技術涉及一種針對混流式水輪機尾水管消渦以及回收能量裝置，所述蝸殼的前端開設進水口，蝸殼內部設置機艙，機艙內設有固定軸，固定軸上分別連接有固定導葉和活動導葉，機艙上連接有水輪機葉片；蝸殼后端連接尾水管，尾水管的末端開設出水口，尾水管的直錐段設置有若干個溝槽，尾水管的中段設置有壓氣桶，壓氣桶為中空的圓柱形結構，壓氣桶內設有密封活塞，密封活塞與壓氣桶內設置的彈簧相連，彈簧的一端與密封活塞固定，彈簧的另一端與壓氣桶的底部面固定；尾水管的中段管壁上連接有第一導流板，第一導流板與壓氣桶相連，尾水管的直錐段內壁上固定有第二導流板，第一導流板上開設有導氣孔，導氣孔與壓氣桶相連通；尾水管的末端連接有導流罩。連接有導流罩。連接有導流罩。
【技術實現步驟摘要】
一種針對混流式水輪機尾水管消渦以及回收能量裝置
[0001]本專利技術涉及一種針對混流式水輪機尾水管消渦以及回收能量裝置，應用在水輪機設備
技術介紹
[0002]公知的，尾水管是水輪機中重要的能量回收部件，其性能的好壞直接決定了水輪機機組的總效率。通常情況下，尾水管內部水流運動十分復雜，不同的方向上有不同的壓力梯度，同時還伴有尾跡及流道中的“馬蹄渦”和“削狀渦”，流動有強烈的旋渦性，是非常復雜的三維非定常粘性流體運動，無法通過技術設備進行模擬檢測。然而在水輪機低負荷運行時，尾水管通常有較大的壓力脈動變化，在降低水輪機效率的同時也會影響機組運行的穩定性。為了改變水流的這種旋渦，人們通過對溝槽表面湍流邊界層的研究，尤其是溝槽表面的減阻特性及其機理，從而實現提高流動穩定性的效果。溝槽減阻是由其誘導產生的二次渦與流向渦相互作用，使低速流體保持在溝槽內，減小了高低速流體間動量交換的效率，從而使阻力減小。溝槽表面可以抑制相干結構的猝發過程，縮短相干結構噴射和掃掠的時間尺度，從而達到減阻效果。溝槽表面不僅使層流邊界層區域增大，而且使層流轉換為湍流的雷諾數約增大4倍，從而使平板邊界層的阻力降低。因此，如何利用溝槽的特性，以實現減小高低速流體間動量交換的效率，實現能量回收尾水管，提高原水輪機的發電效率，都是亟待解決的問題。
[0003]有公告號為CN109441691B的專利技術專利公開了一種尾水管帶整流板混流式水輪機，并具體公開了在轉輪內設置間隔布置的長葉片、短葉片以改善轉輪內流場；巧妙地運用了錐形葉片均勻分布設置在尾水管周向內壁上，以分離轉輪出流周向速度，組織渦流的形成，且該錐形葉片有導流與整流的作用，從而很好的解決了由于改善轉輪流場特性引起的尾水管內流二次效應，很大程度上提高了水輪機性能。然而該專利技術并未解決上述提出的技術問題。
技術實現思路
[0004]為了解決上述技術問題，本專利技術提供一種針對混流式水輪機尾水管消渦以及回收能量裝置，在水流壓力脈動大時形成往復運動，推動空氣發電機發電，從而達到回收電能的作用，提高原水輪機的發電效率。
[0005]本專利技術的技術方案如下：
[0006]一種針對混流式水輪機尾水管消渦以及回收能量裝置，包括蝸殼，所述蝸殼的前端開設進水口，蝸殼內部設置機艙，機艙內設有固定軸，固定軸上分別連接有固定導葉和活動導葉，機艙上連接有水輪機葉片；所述蝸殼后端連接尾水管，尾水管的末端開設出水口，尾水管的直錐段設置有若干個溝槽，所述尾水管的中段設置有壓氣桶，壓氣桶為中空的圓柱形結構，壓氣桶內設有密封活塞，密封活塞與壓氣桶內設置的彈簧相連，彈簧的一端與密封活塞固定，彈簧的另一端與壓氣桶的底部面固定；所述尾水管的中段管壁上連接有第一
導流板，第一導流板與壓氣桶相連，尾水管的直錐段內壁上固定有第二導流板，所述第一導流板上開設有導氣孔，導氣孔與壓氣桶相連通；所述尾水管的末端連接有導流罩。
[0007]所述水輪機葉片為軸流式葉片。
[0008]所述溝槽為長方體凹槽結構，溝槽均勻分布在尾水管直錐段的內壁面上。
[0009]所述溝槽的寬度a與溝槽的深度h關系為a＝(1～2)*h，溝槽的長度與尾水管直錐段的長度相同。
[0010]所述溝槽覆蓋的周向比例為整個圓周的50％，相鄰兩個溝槽之間的夾角為7.2
°
。
[0011]所述第一導流板和第二導流板均為三片，第一導流板均勻分布在尾水管的中段管壁上，第二導流板均勻分布在尾水管的直錐段內壁上，第二導流板的截面為梯形結構且帶有圓弧側。
[0012]所述第二導流板的上部設置有鰭片。
[0013]所述導氣孔設置在第一導流板根部的夾板中間，導氣孔用于在壓氣桶與空氣發電機之間換氣。
[0014]所述導流罩為喇叭型結構，導流罩通過第一導流板固定在尾水管上。
[0015]本專利技術具有如下有益效果：
[0016]1、本專利技術在尾水管的直錐段設置有若干個溝槽，利用溝槽誘導產生的二次渦與流向渦相互作用，減小了高低速流體間動量交換的效率，從而使阻力減小，從而使得溝槽對混流式水輪機運行過程中的尾水管渦帶現象起到較為顯著的抑制作用。
[0017]2、本專利技術通過在水輪機尾水管安裝壓氣式發電裝置，在水流壓力脈動大時形成往復運動，推動空氣發電機發電，從而達到回收電能的作用，通過在尾水管尾部安裝帶導流罩的軸流式能量回收裝置能夠實現回收尾水管能量；同時，在尾水管直錐后段內壁配有梯形截面的第二導流板，并在第二導流板上部內測設置加鰭，可進一步用小渦帶影響主渦帶，穩定水流；此外，該裝置配有第一導流板，在固定該壓氣式發電裝置的同時也能改善尾水管的流態。
[0018]3、本專利技術結構簡單、安裝方便、維護經濟、取材廣泛，對不同水頭、不同工況的水電機組都有改善其穩定性和提高效率的作用。
[0019]4、本專利技術通過利用低負荷運行下水輪機尾水管的高幅壓力脈動，推動密封活塞在壓氣桶中往復運動，將氣體推進空氣發電機發電；將尾水管中損失的能量充分利用起來，提高了水輪機的發電效率，在收集尾水管能量的同時也能起到整流作用。
[0020]5、本專利技術可以改善水輪機尾水管工作的穩定性,提高整個水力發電機組運行的穩定性，延長了機組的壽命，減少了設備的維修次數，降低了水電系統的維護費用、節約了成本；同時，本專利技術提高了水的利用率，在水資源日益短缺的今天有著重要的工程實際意義。
附圖說明
[0021]圖1為本專利技術的整體結構示意圖；
[0022]圖2為本專利技術中導流罩的截面結構示意圖；
[0023]圖3為本專利技術中密封活塞與彈簧的的結構示意圖；
[0024]圖4為本專利技術中第一導流板與導氣孔的結構示意圖；
[0025]圖5為本專利技術中尾水管中段的壓力脈動變化曲線圖。
[0026]圖中附圖標記表示為：
[0027]1、蝸殼；2、固定導葉；3、活動導葉；4、水輪機葉片；5、溝槽；6、尾水管；7、第一導流板；8、導流罩；9、機艙；10、固定軸；11、導氣孔；12、壓氣桶；13、密封活塞；14、進水口；15、彈簧；16、出水口；17、第二導流板。
具體實施方式
[0028]下面結合附圖和具體實施例來對本專利技術進行詳細的說明。
[0029]參見圖1至圖5所述的一種針對混流式水輪機尾水管消渦以及回收能量裝置，包括蝸殼1，所述蝸殼1的前端開設進水口14，蝸殼1內部設置機艙9，機艙9內設有固定軸10，固定軸10上分別連接有固定導葉2和活動導葉3，機艙9上連接有水輪機葉片4；所述蝸殼1后端連接尾水管6，尾水管6的末端開設出水口16，尾水管6的直錐段設置有若干個溝槽5，所述尾水管6的中段設置有壓氣桶12，壓氣桶12為中空的圓柱形結構，用于儲存空氣，壓氣桶12內設有密封活塞13，密封活塞13與壓氣桶12內設置的彈簧15相連，彈簧15的一端與密封活塞13固定，彈簧15的另一端與壓氣桶12的底部面固定，密封活塞13在彈簧15的作用下在壓氣桶12中來回活動；彈簧15的剛度與尾水管6壓本文檔來自技高網...
【技術保護點】
【技術特征摘要】
1.一種針對混流式水輪機尾水管消渦以及回收能量裝置，其特征在于：包括蝸殼(1)，所述蝸殼(1)的前端開設進水口(14)，蝸殼(1)內部設置機艙(9)，機艙(9)內設有固定軸(10)，固定軸(10)上分別連接有固定導葉(2)和活動導葉(3)，機艙(9)上連接有水輪機葉片(4)；所述蝸殼(1)后端連接尾水管(6)，尾水管(6)的末端開設出水口(16)，尾水管(6)的直錐段設置有若干個溝槽(5)，所述尾水管(6)的中段設置有壓氣桶(12)，壓氣桶(12)為中空的圓柱形結構，壓氣桶(12)內設有密封活塞(13)，密封活塞(13)與壓氣桶(12)內設置的彈簧(15)相連，彈簧(15)的一端與密封活塞(13)固定，彈簧(15)的另一端與壓氣桶(12)的底部面固定；所述尾水管(6)的中段管壁上連接有第一導流板(7)，第一導流板(7)與壓氣桶(12)相連，尾水管(6)的直錐段內壁上固定有第二導流板(17)，所述第一導流板(7)上開設有導氣孔(11)，導氣孔(11)與壓氣桶(12)相連通；所述尾水管(6)的末端連接有導流罩(8)。2.如權利要求1所述的一種針對混流式水輪機尾水管消渦以及回收能量裝置，其特征在于：所述水輪機葉片(4)為軸流式葉片。3.如權利要求1所述的一種針對混流式水輪機尾水管消渦以及回收能量裝置，其特征在于：所述溝槽(5)為長方體凹槽結構，溝槽(5)均勻分布在尾水管(6)直錐...
【專利技術屬性】
技術研發人員：吳在強，林亞濤，張厚瑜，關英波，李穎杰，陳澤欽，魏源，肖賢彪，楊海云，林家洋，葉開賓，肖喜財，陳學仁，林孝財，
申請(專利權)人：國網福建省電力有限公司，
類型：發明
國別省市：
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