尾水管选型计算.doc

第三节 尾水管选型计算
尾水管是水轮机重要通流部件之一，尾水管的作用是将流过水轮机转轮的水引向下游，同时回收一部分水流能量，因此水电站都设有尾水管。其型式和尺寸对水轮机的效率和运行的稳定性有很大的影响。大型立式机组，由于土建投资占电厂总投资的比例很大，故一般选用弯肘形尾水管以降低水下开挖量和混凝土量。弯肘形尾水管的几何形状及主要参数，如图1—2—1所示。

图 1—2—1 弯肘形尾水管

一、尾水管类型选择
尾水管分为直锥形尾水管和弯肘形尾水管两类。该电站总容量为58.7万KW，为大型水轮机组，如采用直锥形尾水管，将会带来巨大的挖深，因而是不经济的，所以尽管弯肘形尾水管的水里损失大些且水里性能不如直锥形尾水管，但由于挖深较小因而采用弯肘形尾水管。该电站最高水头为95m，肘管宜设金属里衬。
二、尾水管各部尺寸的选择
1．尾水管的高度h
尾水管的高度h是指水轮机底环平面到尾水管底板的高度，它对尾水管的恢复系数、水轮机运行稳定性及电站开挖量有直接影响。高度h越大，锥管段的高度可取大一些，因而降低了锥管段出口即肘管段进口及其后部流道的流速，这对降低肘管中的水力损失有利。一般情况下，通过尾水管的流量愈大，h应采用较大的值，但h增大受到水下挖方量的限制。
h的确定，与水轮机型式有关。由于混流式和定桨式水轮机在偏离最优工况运行时，尾水管中会出现涡带，引起机组振动，如果h太小，则机组振动加剧，故h选择时应综合考虑能量指标和运行稳定性。根据经验，h一般可作如下选择：
H＜120 m的混流式及定桨式水轮机，取h≥（2.3～2.7），取h=2.5=2.54.5=11.25m。

2．肘管的选择
肘管段的形状十分复杂，因为水流要在肘管内拐弯，同时要由进口圆形断面逐渐过渡到出口为矩形断面。它对尾水管的恢复系数影响很大，且肘管中的水力损失最大。
肘管难以用理论公式计算，通常采用推荐的标准肘管，图1—2—2所示为4号系列肘管。图中各部分的尺寸参数列于表1—2—4中。

图 1—2—2 4号系列肘管

表1—2—4 4号系列肘管各部分参数表
单位：m
参数类型

4A
4C
4E
4H
20
1.100
1.170
1.230
1.352
1.040
1.100
1.170
1.230
1.352
1.040
2.200
2.382
2.500
2.740
2.170
1.417
1.500
1.590
1.750
1.410
0.550
0.584
0.617
0.670
0.510
0.395
0.422
0.446
0.487
0.369
0.940
1.000
1.060
1.160
0.879
0.660
0.703
0.745
0.815
0.640
1.205
1.275
1.350
1.478
1.135
0.087
0.093
0.098
0.107
0.080
0.634
0.677
0.710
0.782
0.590
注：表中数值是对= 1m而言。

故根据表1—2—4，选取尾水管参数如下：

表1—2—2 4E型肘管主要参数
主要参数

=1m
1.23
1.23
2.5
1.59
0.617
0.446
1.069
1.35
0.745
0.098
0.710
=4.5m
5.535
5.535
11.25
7.155
2.7765
2.007
4.8105
6.075
3.3525
0.441
3.1951

表1—2—3 4E型弯肘型尾水管总体尺寸
主要参数
h

L

=1m
2.3
4.5
2.5
1.23
1.23
0.617
1.59
1.2
=4.5m
10.35
20.25
11.25
5.535
5.535
2.7765
7.155
5.4

3．锥管段尺寸的确定
参考【3】知:
对混流式水轮机β=,本设计中取β=;
出口扩散管仰角本设计中取。
参【2】图1-29得：=（0.146+0.052）×4.5=0.891m
取=0.003m
D3=1.06×D1=1.06×4.5=4.77m
==3.66m
三、尾水管单线图的绘制
根据以上尺寸，参照参【2】P129图2—37画出尾水管主视图、俯视图,见附图