سيؤثر ارتفاع شفط الوحدة لمحطة الطاقة المخزنة بالضخ بشكل مباشر على نظام التحويل وتخطيط محطة الطاقة لمحطة الطاقة، ويمكن أن يؤدي متطلبات عمق الحفر الضحل إلى تقليل تكلفة البناء المدني المقابلة لمحطة الطاقة؛ ومع ذلك، فإنه سيزيد أيضًا من خطر التجويف أثناء تشغيل المضخة، لذا فإن دقة تقدير الارتفاع أثناء التركيب المبكر لمحطة الطاقة مهمة للغاية. في عملية التطبيق المبكر لتوربين المضخة، وُجد أن تجويف المجرى في حالة تشغيل المضخة كان أكثر خطورة منه في حالة تشغيل التوربين. في التصميم، يُعتقد عمومًا أنه إذا أمكن تلبية التجويف تحت حالة عمل المضخة، فيمكن أيضًا تلبية حالة عمل التوربين.
يشير اختيار ارتفاع الشفط لتوربين مضخة التدفق المختلط بشكل أساسي إلى مبدأين:
أولاً، يجب أن يتم ذلك وفقًا للشرط الذي لا يوجد فيه تجويف في ظل ظروف عمل مضخة المياه؛ ثانيًا، لا يمكن أن يحدث فصل عمود الماء في نظام نقل المياه بأكمله أثناء عملية انتقال رفض الحمل الوحدوي.
بشكل عام، تتناسب السرعة النوعية طرديًا مع معامل تجويف المجرى. مع زيادة السرعة النوعية، يزداد معامل تجويف المجرى، وينخفض أداء التجويف. بدمج القيمة الحسابية التجريبية لارتفاع الشفط والقيمة الحسابية لدرجة فراغ أنبوب السحب في ظل أخطر ظروف عملية الانتقال، ومع مراعاة مبدأ تقليل أعمال الحفر المدني قدر الإمكان، تتمتع الوحدة بعمق غمر كافٍ لضمان تشغيل آمن ومستقر.
يُحدَّد عمق غمر توربينات المضخات عالية الضغط بناءً على غياب تجويفها وعدم فصل عمود الماء في أنبوب السحب خلال فترات زمنية مختلفة. عمق غمر توربينات المضخات في محطات توليد الطاقة الضخّية التخزينية كبير جدًا، لذا يكون ارتفاع تركيب الوحدات منخفضًا. يبلغ ارتفاع الشفط لوحدات المضخات عالية الضغط المستخدمة في محطات الطاقة التي شُغِّلت في الصين، مثل بركة شيلونغ، 75 مترًا تحت الصفر، بينما يتراوح ارتفاع الشفط في معظم محطات الطاقة ذات ارتفاع الماء بين 400 و500 متر بين 70 و80 مترًا تقريبًا، ويبلغ ارتفاع الشفط عند ارتفاع الماء 700 متر حوالي 100 متر تحت الصفر.
أثناء عملية رفض الحمل لتوربين المضخة، يؤدي تأثير المطرقة المائية إلى انخفاض متوسط ضغط قسم أنبوب السحب بشكل كبير. مع الزيادة السريعة في سرعة العداء أثناء عملية انتقال رفض الحمل، يظهر تدفق مياه دوار قوي خارج قسم مخرج العداء، مما يجعل ضغط مركز القسم أقل من الضغط الخارجي. على الرغم من أن متوسط ضغط القسم لا يزال أكبر من ضغط تبخر الماء، إلا أن الضغط المحلي للمركز قد يكون أقل من ضغط تبخر الماء، مما يتسبب في فصل عمود الماء. في التحليل العددي لعملية انتقال توربين المضخة، يمكن إعطاء متوسط ضغط كل قسم من الأنبوب فقط. فقط من خلال اختبار المحاكاة الكامل لعملية انتقال رفض الحمل يمكن تحديد انخفاض الضغط المحلي لتجنب ظاهرة فصل عمود الماء في أنبوب السحب.
يجب ألا يقتصر عمق غمر توربينات المضخات عالية الضغط على متطلبات مقاومة التآكل فحسب، بل يجب أن يضمن أيضًا عدم انفصال عمود الماء في أنبوب السحب أثناء عمليات التحويل المختلفة. يعتمد توربين المضخات عالية الضغط على عمق غمر كبير لتجنب انفصال عمود الماء أثناء عملية التحويل وضمان سلامة نظام تحويل المياه ووحدات محطة الطاقة. على سبيل المثال، يبلغ الحد الأدنى لعمق الغمر في محطة جيتشوان لتوليد الطاقة بالضخ والتخزين - 98 مترًا، بينما يبلغ الحد الأدنى لعمق الغمر في محطة شينليوتشوان لتوليد الطاقة بالضخ والتخزين - 104 أمتار. أما محطات جيكسي لتوليد الطاقة بالضخ والتخزين المحلية، فتبلغ - 85 مترًا، ودونهوا - 94 مترًا، وتشانغلونغشان - 94 مترًا، ويانغجيانغ - 100 متر.
بالنسبة لنفس توربين المضخة، كلما ابتعد عن حالة التشغيل المثلى، زادت شدة التجويف الذي يعاني منه. في ظل ظروف تشغيل الرفع العالي والتدفق المنخفض، تتمتع معظم خطوط التدفق بزاوية هجوم موجبة كبيرة، ويسهل حدوث التجويف في منطقة الضغط السالب لسطح شفط الشفرة؛ في حالة الرفع المنخفض والتدفق الكبير، تكون زاوية الهجوم السالبة لسطح ضغط الشفرة كبيرة، مما يسهل التسبب في فصل التدفق، مما يؤدي إلى تآكل التجويف لسطح ضغط الشفرة. بشكل عام، يكون معامل التجويف كبيرًا نسبيًا لمحطة الطاقة ذات نطاق تغيير الرأس الكبير، ويمكن أن يلبي ارتفاع التركيب المنخفض متطلب عدم حدوث تجويف أثناء التشغيل في ظروف الرفع المنخفض والرفع العالي. لذلك، إذا تغير رأس الماء بشكل كبير، فسيزداد ارتفاع الشفط وفقًا لذلك لتلبية الشروط. على سبيل المثال، عمق غمر QX هو -66 مترًا، وMX-68 مترًا. نظرًا لأن تباين رأس الماء MX أكبر، فمن الصعب تحقيق التعديل وضمان MX.
أفادت التقارير أن بعض محطات توليد الطاقة الأجنبية التي تعمل بالضخ والتخزين شهدت فصل عمود الماء. أُجري اختبار نموذج محاكاة كامل لعملية انتقال توربين المضخة الياباني عالي الضغط لدى الشركة المصنعة، ودُرست ظاهرة فصل عمود الماء بدقة لتحديد ارتفاع تركيب توربين المضخة. تُعدّ سلامة النظام من أصعب التحديات التي تواجه محطات توليد الطاقة التي تعمل بالضخ والتخزين. من الضروري ضمان أن يكون ارتفاع ضغط الغلاف الحلزوني وضغط الماء السلبي في الذيل ضمن النطاق الآمن في ظل ظروف العمل القاسية، وأن يصل الأداء الهيدروليكي إلى مستوى ممتاز، مما يؤثر بشكل كبير على اختيار عمق الغمر.
وقت النشر: ٢٣ نوفمبر ٢٠٢٢
