尾水管
尾水管(英语:Draft tube)是一种安装于像是反击式、卡布兰式或是冲击式水轮机水流出口的一种扩压管路,尾水管是宽度渐宽的管路,因此速度会变慢,但压力会随之提高。
在冲击式的水轮机中,它的有效可用水头高度可以相当高,如果水轮机安装位置与尾水放水路高度之间仅有几米的话,在运转效率上的优化并不明显。然而,在反击式水轮机中,如果净水头高度极低,并且水轮机安装位置高于尾水高度,其有效水压水头高度会有相当的损失。如果水流在水轮机出口处的压力比在尾水口还低,水流将会逆流回到水轮机中而损坏。透过将扩压管安装在水轮机转轮出口处,可以降低出口水流速度,因此提高压力水头高度,可以有效提升整体运转效率及水轮机输出效能。
在水轮机的末端加上尾水管,增加了水流流出时的压力,但代价是速度会变慢。这意味着,水轮机内部可进一步的降低压力,不用担心水流从放水路回流。尾水管的设计,使得让水轮机安装于放水路的上方有了优势,使得当水轮机必须进行定期检修时,可以更容易施作。此外,它也使得原本水轮机转轮出口处浪费掉的动能转换为可利用的能量。
效能
它被定义为在尾水管入口处可用的动能实际转换为压力能的比率
ɳ = 在入口处,水流输入管与输出管的动能耗损差异
ɳdt = :
V2 = 在尾水管入口或在水轮机出口的水流速度
V3 = 在尾水管出口的水流速度
g= 重力加速度
hd = 尾水管水头损失
尾水管允许水轮机安装于放水路的上方运转,并且同时允许水轮机如果直接安装于放水路上,仍能以相同的效率运转。
尾水管与气穴现象
气穴现象发生于当所在地的绝对压力下降至水的温度饱和蒸汽压之下,而产生。 尾水管的设计高度是作为避免产生气穴现象的一项重要参考因素。透果使用伯努利方程来计算尾水管内转轮出口与水流排放点之间,并且忽略任何尾水管内的水头损失:
z2 = z (尾水管高度)
z3 = 放水路高度,该数值设为基准线。 (=0)
p2 = 转轮出口的压力
p3 = 预估压力