水轮机尾水管结构讲解

水轮机尾水管是反击式水轮机的重要部件，它的作用不仅仅是把水轮机排出的水引向下游河道，设计好的尾水管还可以回收尾水能量，提高水轮机效率。

   水轮机尾水管的主要形式

在图1中有3个图片，是水轮机尾水管的3种主要形式。图中H是上游水位与下游水位的总落差，Hd是水轮机转轮入口处的静水头，Hs是转轮出口到下游水面的高差。

图1--水轮机尾水管的形式

图1左图的水轮机没有安装尾水管，水轮机的工作水头只是Hd，水轮机出口到下游水位的高差Hs没有得到利用。对于上下游水位总落差H较大时Hs相对较小，当上下游水位总落差H较小时由Hs产生的损失就很明显了。

图1中图的水轮机安装有圆柱形尾水管，尾水管内的水会产生一个吸出水头Hs，形成所谓静力真空，高差Hs与上游水头Hd一同作用到水轮机，这样水轮机利用了总落差H，提高了水轮机的效率。

安装圆柱形尾水管虽回收了高差Hs，但由于圆柱形尾水管的入口直径与出口处直径相同，尾水管的出口的水流速度与水轮机出口处水流速度相同，在尾水管的出口的水流速度较快，动能较大，仍造成水能的损失。于是将圆柱形尾水管改为扩散型尾水管，见图1右图。

扩散型尾水管出口直径远大于入口直径，呈圆锥状，水轮机出口的水流速度经过扩散管后大幅下降，在尾水管出口处动能大大减小，动能的减小也会产生一个吸出水头，形成所谓动力真空，使水轮机得到更多的能量。现在水轮机的尾水管基本都是扩散型尾水管。

   直锥形尾水管

扩散型尾水管的的轴线是直线的称为直锥形尾水管，直锥形尾水管结构简单，效果好，图2是直锥形尾水管的安装示意图。直锥形尾水管的扩大角度不宜大，长度较长为好。

图2--直锥形尾水管

   弯曲形尾水管

对于大型水电站，若采用直锥形尾水管，需向下开挖较深，工程大成本高。故大型水电站的尾水管采用弯曲形尾水管，弯曲形尾水管的中心线从垂直弯曲到水平，外形有点像手臂的肘部，也称为弯肘形尾水管，图3是弯肘形尾水管的外表面图。

图3--弯肘形尾水管外观

弯肘形尾水管的水流入口段是一节圆锥管，称为直锥段，尾水管弯曲的肘部称为弯肘段，水轮机水平部分称为水平扩散段，见图4。

图4--弯肘形尾水管侧视

一般水电站机组数较多，为了不影响水坝的基础结构强度，水平扩散段不能过宽，以保留足够宽度的混凝土结构。所以水平扩散段头尾的宽度是相同的，为达到扩散目的，采用逐渐增加高度的方式来逐渐增加截面。见图4与图5。

图5--弯肘形尾水管俯视

大型水电站的尾水管除了直锥段采用钢结构外，弯肘段与水平扩散段直接由混凝土浇筑而成。图6是安装弯肘形尾水管的水轮机示意图。

图6--安装弯肘形尾水管的水轮发电机组