尾水管结构

第四节尾水管尾水管结构是指尾水管流道的外围结构，见图18-14。

尾水管结构位于一期混凝土范围内，即厂房结构的最下部，在整个厂房结构中承受厂房的全部荷重和水压荷载，起厂房基础的作用。

尾水管结构的体形复杂，尺寸大，整体性较强。

在结构设计中，根据各部分的结构特点，将尾水管结构分成三个部分：锥管段、肘管段和扩散段。

分别选择相应的方法分析内力。

图18-14 尾水管结构组成图1～5-断面号一、设计荷载和计算情况尾水管结构的设计荷载有以下几种。

(1)结构自重；(2)尾水管顶板以上的结构和设备重；(3）内水压力及水重；(4)外水压力及水重；(5）扬压力。

尾水管结构的计算情况有以下四种。

（1）正常运行。

组合荷载为结构自重、尾水管顶板以上的结构和设备重，正常尾水位情况下的内水压力、外水压力和水重，以及正常水位情况下的扬压力。

(2)检修放空。

组合荷载为结构自重、尾水着顶板以上的结构和设备重，检修尾水位情况下的外水压力和水重，以及检修情况下的扬压力。

(3)施工情况。

组合荷载为结构自重和尾水管顶板以上的结构和设备重。

(4)非常运行。

组合荷载与正常运行相似，只是内、外水压力和水重以及扬压力取校核洪水位情况的数值。

上述计算情况中，正常运行为基本组合，其余为特殊组合。

二、扩散段结构扩散段结构由顶板，底板、边墩和中墩等构件组成。

厂房基岩完整坚硬时，采用分离式底板，顶板、边墩和中墩构成整体结械其他情况下，底板与边墩、中墩整体浇注成为整体结构的一部分。

1.平面框架计算将尾水管扩散段结构作为一个整体空间结构来分析内力，至今没有一种适于设计应用的简便易行的计算方法，目前普遍采用的方法是将空间结构简化为严面结构，按平面框架计算内力。

图18-15 尾水管扩散段计算框架顺水流方向选择若干个结构特征不同的断面，如图18-14所示，在每个断面上沿垂直水流方向在扩散段结构中切取单宽的平面结构，如图18-15,图上标注的数字为图18-14中的断面号。

水电站尾水管结构尾水管是水电站厂房水下部分的主要承重结构之一，它的内部形状和尺寸由水轮机制厂通过水力模型试验确定。

弯形尾水管按其构造特点分为锥管段、弯管段和扩散段三部分。

锥管段四周为大块体混凝土，一般不需进行结构计算；弯管段与扩散段则为顶板、底版、边墩和中墩的复杂空间结构(图1)，计算较为繁杂。

图（1）4H型尾水管（a）立体图；(b)纵剖面图；(c)平剖面图一、尾水管弯管段结构计算简图选取尾水管弯管段通常指自中间隔墩的墩头到锥管以下这一段。

由于弯管段的顶板一般都很厚，可视为边墩固定于顶板，边墩连同底板按倒框架计算最为简便，并假定底板反力均匀分布。

通常切取一至两个剖面，如图（2）1-1断面。

图（2）弯管段1-1截面按平面倒框架计算简图二、尾水管扩散段结构计算简图选取由于尾水管扩散段的顶板厚度、孔口高度和荷载分布在顺水流方向均有变化，故计算截面通常要选取2—3个（见图（2）中的2-2 、3-3 、4-4断面）。

一般选取扩散段起始截面、排架柱脚(墙脚)下面和尾水管出口截面等作为计算截面。

例如出口截面，计算方法常采用以下两种：1．上部框架与底版分开计算（图3）（1）先把上部框架作为固定于基础的框架切开，用力矩分配法求出两脚处的弯矩。

（2）分别计算为使框架柱脚a、d端产生一对称的角位移，并切使所需施加于a、b两端的弯矩，称为“框架的抗挠刚度”，记为。

（3）在外荷载作用下弹性基础梁将发生变形。

假定a、d两端“固定”，使角位移，计算a、d两端的弯矩，既为弹性基础梁的固端弯矩。

（4）计算使弹性基础梁两端a、d产生端产生一对称的角位移，并且使所需施加于a、b两端的弯矩，称为“弹性基础梁在a、b两点的抗挠刚度”，记为。

（5）最后取框架和弹性基础梁的固端弯矩的代数和，按两者抗挠刚度分配不平衡弯矩，即得框架和弹性基础梁a、d端各自的弯矩值。

再按静力平衡条件，分别求出框架和弹性在实际荷载作用下的内力值。

图（3）弹性地基单跨框架计算简图2．弹性地基上的封闭框架计算（图4）（1）先不考虑地基影响，将框架上所作用的全部垂直荷载(水平荷载一般为作用在边墩上的对称外水压力，对地基反力图形没有影响)，按材料力学偏心受压公式初步拟定弹性基础梁的第一次近似反力图形，将弹性基础梁分为10等分，每一等分段上的反力以集中力表示，然后以此作为框架上外荷载之一。

灯泡贯流式水轮发电机组基本构造（一）发电机一、构成：1、组合轴承2、定子3、机架4、转子5、冷却套6、灯泡头7、进人孔二、结构形式：两支点双悬臂结构，两个径向轴承（发导、水导）三、支撑方式：1、主支撑——管形座2、垂直支撑：无水时，承受重力;有水时，承受浮力3、两个水平支撑：防震、平衡四、冷却方式：1、密闭强迫循环通风（冷却套应进行0.5MPa水压试验60min，不得渗漏）2、定子机座壁散热五、组合轴承：1、径向轴承2、正向轴承3、反向轴承（轴承组装于轴承支架和轴承壳内）六、定子：1、线圈2、铁芯3、机座（F级绝缘，接头采用银铜焊，定子绕组每相电阻0.01674Ω）外形尺寸Φ5280*2300mm，重量为54150Kg，铁芯外径Φ5100mm，内径Φ4660mm，长度940mm七、转子：1、磁极2、阻尼线阻3、转子支架（阻尼条与阻尼环采用银焊连接，转子绕阻电阻：0.2403Ω），外形尺寸Φ4647*1180，重量46580Kg，转子绕组温度不超过130℃八、机架：作为通风系统、制动系统、挡风板的支座九、发电机舱：由冷却套、灯泡头、进入孔组成（冷却套与进入孔为双层溥壁结构）十、冷却系统：1、六只空冷器2、三台风机（11KW）3、两台空冷水泵（30KW）当一个空气冷却器故障时，仍能满足发额定出力的要求，工作压力：0.2MPa十一、螺栓与螺母锁定方法：1、加锁定片2、弹簧垫圈3、冲眼凿毛4、点焊5、涂锁定胶十二、组合轴承组装：1、镜板组装镜板为分半结构，轴向由主轴上配合档止口定位，合缝处由销钉定位螺栓把合抱紧在主轴上，合缝面间隙不大于0.03mm，镜板与主轴垂直度误差不大于0.02mm，镜板表面不得有硬点、划伤、气孔、夹砂、锈蚀2、反向推力瓦的安装反推力瓦与橡皮垫的厚度各组之间误差在0.05mm以下（1）轴承支架：支架内圆安装径向轴承，上游侧端面上安装轴承盖，下游侧端面上安装正、反向推力轴承，轴承在垂直方向的双幅振动不超过0.12mm （2）径向轴承：由轴承壳与轴承瓦组成，通过反推力座与轴承支架内圆相接，检修时拆除正、反推力瓦后可用工具将轴承瓦从轴承壳中拨出。

一、尾水管得作用尾水管就是反击式水轮机所特有部件，冲击式水轮机无尾水管。

尾水管得性能直接影响到水轮机得效率与稳定性，一般水轮机中均选用经过试验与实践证明性能良好得尾水管。

反击式水轮机尾水管作用如下：1.将转轮出口处得水流引向下游；２.利用下游水面至转轮出口处得高程差，形成转轮出口处得静力真空；３。

利用转轮出口得水流动能,将其转换成为转轮出口处得动力真空。

图5-６９表示三种不同得水轮机装置情况：没有尾水管;具有圆柱形尾水管；具有扩散形尾水管。

图5－69在三种情况下，转轮所能利用得水流能量均可用下式表示(5—3８）式中——转轮前后单位水流得能量差；——转轮进口处得静水头;——大气压力；—-转轮出口处压力;-—转轮出口处水流速度。

在三种情况下，由于转轮出口处得压力及不同,从而引起使转轮前后能量差得变化。

图５—69 尾水管得作用１.没有尾水管时如图5-6９。

转轮出口代入式(5—３8)得（5-39）式（5-39）说明,当没有尾水管时，转轮只利用了电站总水头中得部分,转轮后至下游水面高差没有利用,同时损失掉转轮出口水流得全部功能。

2.具有圆柱形尾水管时如图5-69.为了求得转轮出口处得压力，列出转轮出口断面２及尾水管出口断面5得伯努利方程(5-40）式中——尾水管内得水头损失。

因此上式亦可写成（5—41)式中称为静力真空,就是在圆柱型尾水管作用下利用了所形成。

以值代入式(５-３８），得到采用圆柱型尾水管时,转轮利用得水流能量即（5-4２）从式（５-４２)可见与没有尾水管时相对比较，此时多利用了吸出水头，但动能仍然损失掉了,而且增加了尾水管内得损失,即此时多利用了数值为得能量（静力真空值)。

3。

具有扩散型尾水管时如图5—69。

此时根据伯努利方程可得出：断面2处得真空值为:（5—43)比较式（5-４3）与式（5-41）可见,此时在转轮后面除形成静力真空外，又增加数值为得真空称为动力真空，它就是因尾水管得扩散作用,使转轮出口处得流速由减小到形成得。

水轮机尾水管课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能理解水轮机尾水管的基本结构及其在水力发电过程中的作用；2. 学生能够掌握水轮机尾水管的设计原理和计算方法；3. 学生能够了解水轮机尾水管对水轮机性能的影响。

技能目标：1. 学生能够运用相关知识对水轮机尾水管进行简单的设计计算；2. 学生能够通过实例分析，评估不同尾水管设计对水轮机效率的影响；3. 学生能够运用绘图软件绘制水轮机尾水管的结构图。

情感态度价值观目标：1. 学生通过学习水轮机尾水管的设计，培养对水利工程建设的兴趣和热情；2. 学生在学习过程中，增强团队协作意识，提高沟通与交流能力；3. 学生能够认识到水轮机尾水管设计的重要性，增强对能源利用和环境保护的意识。

课程性质：本课程为应用实践型课程，以理论教学为基础，注重培养学生的实际操作能力和创新能力。

学生特点：初三学生，具有一定的物理基础和数学计算能力，对水利工程有一定的了解，好奇心强，喜欢动手实践。

教学要求：结合学生特点，采用讲授、实例分析、小组讨论等多种教学方法，引导学生掌握水轮机尾水管的设计原理和方法，提高学生的实际应用能力。

在教学过程中，注重学生的主体地位，激发学生的兴趣和积极性，培养学生的创新思维和团队协作精神。

通过课程学习，使学生能够达到上述课程目标，为后续相关课程打下坚实基础。

二、教学内容1. 水轮机尾水管的结构与功能：介绍水轮机尾水管的基本结构，包括尾水管、弯头、扩散段等组成部分，分析其功能在水力发电过程中的作用。

2. 水轮机尾水管设计原理：讲解水轮机尾水管的设计原理，涉及流体力学的相关知识，如流速、流量、压力等，以及尾水管尺寸、形状与水轮机性能的关系。

3. 水轮机尾水管设计计算：依据教材相关章节，引导学生学习尾水管设计计算方法，包括流量计算、压力损失计算等，并通过实例进行讲解。

4. 水轮机尾水管对性能影响：分析不同尾水管设计对水轮机效率、稳定性等性能的影响，结合实际工程案例，让学生了解优化设计的重要性。

水轮机尾水管内部水压力脉动论文【摘要】水轮机尾水管内部的水压力脉动是造成水轮机机组发电效益和稳定运行的重要因素之一，通过本文的研究发现，尾水管涡带的主要涡量来源于水轮机泄水锥和转轮上冠，这对尾水管内部的水压力脉动的预测和控制起着很重要的作用。

【关键词】水轮机；尾水管；压力脉动；涡带1.引言2013年柘林水电厂二号机组出现异常振动，经检查发现机组振动主要由水力干扰引起，而水力干扰一般有机组过流部件的流道不均匀造成的水力随机振动，上下止漏环间隙不对称产生的自激振动、高水头低负荷尾水涡带引起的低频振动。

通过停机与带负荷试验，检查主轴密封，并对尾水压力、机组振动频率、顶盖压力测量结果进行分析，上游水位60.72m，下游水位24.80m，在尾水管内出现中心压力低，四周压力高的偏心涡带，引起尾水管内水流的低频压力脉动，它传递到尾水管臂、转轮、顶盖、导水机构、蜗壳，引起有关部件（管）的振动或摆动，为此产生涡带振动。

2.尾水管内部水压力脉动研究2.1部分负荷2.1.1涡带的表现起源于泄水锥的水轮机尾水管涡带呈现螺旋状，而且轮转转向和旋转方向，此时，尾水管涡带导致水轮机的其他部位产生较大的脉动，还会产生水轮机的出力波动和巨大的轴向推力。

尾水管内螺旋状涡带如图1所示。

2.1.2尾水管内的压力分布尾水管内按照时间平均的压力是向中心不断减小的，由于不对称涡带的存在，水流也是不对称的，尾水管内同一半径上的压力分布趋势只能通过瞬时测得的压力反应，涡核内部空腔外的区域压力沿半径减小的方向快速降低，涡核外部压力沿半径减小的方向缓速减小。

而且空蚀工况下的压力比非空蚀工况下的压力降低的小，沿着尾水管的中心，大半径段压力的最大值出现在弯肘段处，小半径压力的最大值出现在直锥段处。

2.1.3压力脉动的频率在部分负荷下，f转总是大于f涡，自由水面、吸出高度、水头对频率的影响可以忽略不计，这两个频率的实际测量比值一般在0.26-0.39之间。