【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及尾水管，具體涉及一種尾水管、尾水管保護裝置及其設計方法。
技術介紹
1、隨著新能源占比逐漸提高，水電角色逐漸從發電為主向靈活調節新能源轉變。風能和太陽能因其間歇性和隨機性，在直接并入電力系統時可能會對電網的穩定運行造成一定的影響，而水電具有響應速度快、可持續供能、能源可存儲的優點，所以利用三者形成水風光互補體系。常規水輪機組目前大多都是50％～100％的開度下運行，但在水風光互補體系內要求水電機組隨時調節導葉開度并且頻繁經歷過渡過程，這需要水電更多地在小流量工況下運行，所以對運行穩定性提出了更高的要求。
2、水輪機在小流量工況下運行可能會導致大尺度葉道渦、尾水管螺旋渦帶以及低頻高幅值壓力脈動，易造成振動過大、抬機、掃膛和葉片斷裂等安全事故。例如，在董箐電站，當水輪機處于非設計工況下運行時，導致了機組的壓力脈動與振動顯著增強。積石峽水電站在低水頭低負荷運行工況使振動加劇、尾水管產生真空渦帶。東武仕和朱莊兩電站在低負荷下運行時，水輪機產生劇烈的噪音，并伴隨著主軸的大幅擺動。為了提高水電站調節能力和快速響應電網負荷變化，研究小流量工況下和過渡過程中如何降低壓力脈動幅值，從而提高機組的水力穩定性成為了一個亟待解決的技術難題。
技術實現思路
1、本專利技術所要解決的技術問題是小流量工況下和過渡過程中如何降低壓力脈動幅值，目的在于提供一種尾水管、尾水管保護裝置及其設計方法，以解決上述的問題。
2、本專利技術通過下述技術方案實現：
3、第一方面，
4、s100：以尾水管直錐段正視圖為基面，以尾水管母線與尾水管進口斷面交點為原點，建立直角坐標系；
5、s200：以直角坐標系為基準，繪制尾水管直錐段母線y1和設計曲線y2；
6、s300：以原點為基準轉動設計曲線y2至與尾水管直錐段母線y1重合，獲得尾水管直錐段母線y1和設計曲線y2圍成閉合的平面區域；
7、s400：以尾水管中軸線為中心轉動平面區域，獲得旋轉曲面體；
8、s500：以旋轉曲面體為基準制作尾水管保護裝置。
9、在一種可能的設計中，步驟s100中，尾水管母線與尾水管進口斷面交點有兩個，以其中任意一個交點為直角坐標系的原點，向上為y軸正方向，向右為x軸正方向。
10、在一種可能的設計中，步驟s200中，沿尾水管母線繪制尾水管直錐段母線y1，尾水管直錐段母線y1的頂點為直角坐標系原點。
11、在一種可能的設計中，步驟s200中，繪制設計曲線y2包括以下步驟：
12、s210：選取曲線設計公式：
13、
14、其中，s為設計曲線凸起高度，c為與sin三角函數周期有關的參數，l為尾水管直錐段母線的長度；
15、s220：選取s、c各自的數值，其中，s和c均不得小于l的0.1倍，不得超過l的0.2倍，且s不得超過尾水管進口斷面直徑的1/3；
16、s230：在直角坐標系上繪制設計曲線y2；
17、其中，步驟s210-s220可與步驟s100交換順序，步驟s230繪制的曲線包括兩條直線和一條弧線，且兩條直線通過弧線相連并形成連續的設計曲線y2。
18、在一種可能的設計中，步驟s220中，s、c分別選取多組數值，獲得多個設計曲線y2，相應地，步驟s300中獲得多個平面區域，步驟s400中獲得多個旋轉曲面體。
19、在一種可能的設計中，步驟s300中，尾水管直錐段母線y1和設計曲線y2重合后，設計曲線y2的兩條直線分別與尾水管直錐段母線y1重合，在y2<y<y1區域，設計曲線y2的弧線與尾水管直錐段母線y1圍成閉合的平面區域。
20、在一種可能的設計中，(所述的尾水管保護裝置設計方法)還包括位于步驟s400與s500之間的以下步驟：
21、s01：重復步驟s200-s400，獲得多個旋轉曲面體；
22、s02：多個旋轉曲面體分別仿真實驗，獲得所需的旋轉曲面體；
23、其中，步驟s02包括以下步驟：
24、s021：水輪機模型參數導入，或，新建模型參數；
25、s022：導入其中一個旋轉曲面體的參數；
26、s023：仿真實驗；
27、s024：記錄實驗數據；
28、s025：重復步驟s022-s024，直至所有旋轉曲面體仿真；
29、s026：比較實驗數據并獲得所需的旋轉曲面體。
30、第二方面，本專利技術提供了一種尾水管保護裝置，構造為環形并通過所述的尾水管保護裝置設計方法確定截面形狀。
31、在一種可能的設計中，所述尾水管保護裝置具有相對的外表面和內表面，外表面用于連接尾水管，內表面構造為過水曲面，沿水流方向，過水曲面分為依次相連的進水段、曲面段和過水段，進水段和過水段上分別設有用于連接尾水管的螺栓。
32、第三方面，本專利技術提供了一種尾水管，包括管體和所述的尾水管保護裝置，所述尾水管保護裝置可拆卸設置在管體上。
33、本專利技術與現有技術相比，具有如下的優點和有益效果：
34、通過所述尾水管保護裝置削弱流場，破壞大尺度貼壁渦使之變為小尺度貼壁渦，進而隨水流消散，螺旋渦帶也能夠被削弱并逐漸消散，基于此，從而有效降低了尾水管內部的壓力脈動幅值，水輪機在小流量工況下運行更為安全平穩，振動、噪聲減弱，抬機、掃膛、葉片斷裂等安全事故發生的概率也大大減小。
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1.一種尾水管保護裝置設計方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據權利要求1所述的尾水管保護裝置設計方法，其特征在于，步驟S100中，尾水管母線與尾水管進口斷面交點有兩個，以其中任意一個交點為直角坐標系的原點，向上為y軸正方向，向右為x軸正方向。
3.根據權利要求2所述的尾水管保護裝置設計方法，其特征在于，步驟S200中，沿尾水管母線繪制尾水管直錐段母線y1，尾水管直錐段母線y1的頂點為直角坐標系原點。
4.根據權利要求3所述的尾水管保護裝置設計方法，其特征在于，步驟S200中，繪制設計曲線y2包括以下步驟：
5.根據權利要求4所述的尾水管保護裝置設計方法，其特征在于，步驟S220中，s、c分別選取多組數值，獲得多個設計曲線y2，相應地，步驟S300中獲得多個平面區域，步驟S400中獲得多個旋轉曲面體。
6.根據權利要求4所述的尾水管保護裝置設計方法，其特征在于，步驟S300中，尾水管直錐段母線y1和設計曲線y2重合后，設計曲線y2的兩條直線分別與尾水管直錐段母線y1重合，在y2<y<y1區域，設計曲線y2
7.根據權利要求1-6中任一項所述的尾水管保護裝置設計方法，其特征在于，還包括位于步驟S400與S500之間的以下步驟：
8.一種尾水管保護裝置，其特征在于，構造為環形并通過權利要求1-7中任一項所述的尾水管保護裝置設計方法確定截面形狀。
9.根據權利要求8所述的尾水管保護裝置，其特征在于，所述尾水管保護裝置具有相對的外表面和內表面，外表面用于連接尾水管，內表面構造為過水曲面，沿水流方向，過水曲面分為依次相連的進水段、曲面段和過水段，進水段和過水段上分別設有用于連接尾水管的螺栓。
10.一種尾水管，其特征在于，包括管體和權利要求8或9所述的尾水管保護裝置，所述尾水管保護裝置可拆卸設置在管體上。
...【技術特征摘要】
1.一種尾水管保護裝置設計方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據權利要求1所述的尾水管保護裝置設計方法，其特征在于，步驟s100中，尾水管母線與尾水管進口斷面交點有兩個，以其中任意一個交點為直角坐標系的原點，向上為y軸正方向，向右為x軸正方向。
3.根據權利要求2所述的尾水管保護裝置設計方法，其特征在于，步驟s200中，沿尾水管母線繪制尾水管直錐段母線y1，尾水管直錐段母線y1的頂點為直角坐標系原點。
4.根據權利要求3所述的尾水管保護裝置設計方法，其特征在于，步驟s200中，繪制設計曲線y2包括以下步驟：
5.根據權利要求4所述的尾水管保護裝置設計方法，其特征在于，步驟s220中，s、c分別選取多組數值，獲得多個設計曲線y2，相應地，步驟s300中獲得多個平面區域，步驟s400中獲得多個旋轉曲面體。
6.根據權利要求4所述的尾水管保護裝置設計方法，其特征在于，步驟s30...
【專利技術屬性】
技術研發人員：楊家富，付軍，高卓，胡開良，楊浩，王義川，成浩東，羅波，
申請(專利權)人：國網四川省電力公司映秀灣水力發電總廠，
類型：發明
國別省市：
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