تأثير إضافة زعانف إلى جدار أنبوب السحب على نبضات الضغط لتوربين فرانسيس

باعتبارها مصدرًا سريع الاستجابة للطاقة المتجددة، عادةً ما تلعب الطاقة الكهرومائية دور تنظيم الذروة والتردد في شبكة الكهرباء، مما يعني أن وحدات الطاقة الكهرومائية غالبًا ما تحتاج إلى العمل في ظروف تختلف عن شروط التصميم. من خلال تحليل عدد كبير من بيانات الاختبار، يُشار إلى أنه عند تشغيل التوربين في ظروف غير تصميمية، وخاصةً في ظل ظروف الحمل الجزئي، سيظهر نبض ضغط قوي في أنبوب السحب الخاص به. سيؤثر انخفاض تردد هذا النبض سلبًا على استقرار تشغيل التوربين وسلامة الوحدة وورشة العمل. لذلك، حظي نبض الضغط في أنبوب السحب باهتمام واسع من قبل الصناعة والأوساط الأكاديمية.

منذ أن تم اقتراح مشكلة نبض الضغط في أنبوب السحب للتوربين لأول مرة في عام 1940، فقد أثار السبب قلق العديد من العلماء ومناقشته. في الوقت الحاضر، يعتقد العلماء عمومًا أن نبض الضغط لأنبوب السحب في ظل ظروف الحمل الجزئي ناتج عن حركة الدوامة الحلزونية في أنبوب السحب؛ وجود الدوامة يجعل توزيع الضغط على المقطع العرضي لأنبوب السحب غير متساوٍ، ومع دوران حزام الدوامة، يدور مجال الضغط غير المتماثل أيضًا، مما يتسبب في تغير الضغط بشكل دوري بمرور الوقت، مما يشكل نبض الضغط. تحدث الدوامة الحلزونية بسبب التدفق الدوامي عند مدخل أنبوب السحب في ظل ظروف الحمل الجزئي (أي وجود مكون مماسي للسرعة). أجرى مكتب الاستصلاح الأمريكي دراسة تجريبية على الدوامة في أنبوب السحب، وحلل شكل الدوامة وسلوكها تحت درجات دوامة مختلفة. تظهر النتائج أنه فقط عندما تصل درجة الدوامة إلى مستوى معين، سيظهر شريط الدوامة الحلزوني في أنبوب السحب. تظهر الدوامة الحلزونية في ظل ظروف الحمل الجزئي، لذلك فقط عندما يكون معدل التدفق النسبي (Q / Qd، Qd هو معدل تدفق نقطة التصميم) لتشغيل التوربين بين 0.5 و 0.85، سيظهر نبض ضغط شديد في أنبوب السحب. يكون تردد المكون الرئيسي لنبض الضغط الناتج عن حزام الدوامة منخفضًا نسبيًا، وهو ما يعادل 0.2 إلى 0.4 مرة من تردد دوران العداء، وكلما صغر Q / Qd، زاد تردد نبض الضغط. بالإضافة إلى ذلك، عند حدوث التجويف، ستزيد فقاعات الهواء المتولدة في الدوامة من حجم الدوامة وتجعل نبض الضغط أكثر كثافة، وسيتغير تردد نبض الضغط أيضًا.
في ظل ظروف الحمل الجزئي، يمكن أن يشكل نبض الضغط في أنبوب السحب تهديدًا كبيرًا للتشغيل المستقر والآمن لوحدة الطاقة الكهرومائية. من أجل قمع نبض الضغط هذا، تم اقتراح العديد من الأفكار والطرق، مثل تركيب زعانف على جدار أنبوب السحب والتهوية في أنبوب السحب وهما إجراءان فعالان. استخدم نيشي وآخرون طرقًا تجريبية وعددية لدراسة تأثير الزعانف على نبض الضغط لأنبوب السحب، بما في ذلك تأثيرات أنواع مختلفة من الزعانف وتأثيرات عدد الزعانف ومواضع تركيبها. تُظهر النتائج أن تركيب الزعانف يمكن أن يقلل بشكل كبير من انحراف الدوامة ويقلل من نبض الضغط. وجد ديمتري وآخرون أيضًا أن تركيب الزعانف يمكن أن يقلل من سعة نبض الضغط بنسبة 30٪ إلى 40٪. التهوية من الفتحة المركزية للعمود الرئيسي إلى أنبوب السحب هي أيضًا طريقة فعالة لقمع نبض الضغط. درجة انحراف الدوامة. بالإضافة إلى ذلك، حاول نيشي وآخرون أيضًا تهوية أنبوب السحب من خلال فتحات صغيرة على سطح الزعنفة، ووجدوا أن هذه الطريقة يمكنها قمع نبض الضغط وأن كمية الهواء المطلوبة صغيرة جدًا عندما لا تتمكن الزعنفة من العمل.