Com a font d'energia renovable de resposta ràpida, l'energia hidroelèctrica sol tenir el paper de regulació de pics i regulació de freqüència a la xarxa elèctrica, la qual cosa significa que les unitats hidroelèctriques sovint necessiten funcionar en condicions que es desvien de les condicions de disseny. Analitzant un gran nombre de dades de prova, s'assenyala que quan la turbina funciona en condicions no de disseny, especialment en condicions de càrrega parcial, apareixerà una forta pulsació de pressió al tub de tiratge de la turbina. La baixa freqüència d'aquesta pulsació de pressió afectarà negativament el funcionament estable de la turbina i la seguretat de la unitat i del taller. Per tant, la pulsació de pressió del tub de tiratge ha estat àmpliament preocupada per la indústria i el món acadèmic.
Des que el problema de la pulsació de pressió al tub de pressió d'una turbina es va proposar per primera vegada el 1940, la causa ha estat objecte de debat i discutida per molts estudiosos. Actualment, els estudiosos generalment creuen que la pulsació de pressió del tub de pressió en condicions de càrrega parcial és causada pel moviment de vòrtex en espiral al tub de pressió; l'existència del vòrtex fa que la distribució de pressió a la secció transversal del tub de pressió sigui desigual, i amb la rotació de la corretja de vòrtex, el camp de pressió asimètric també gira, fent que la pressió canviï periòdicament amb el temps, formant pulsacions de pressió. El vòrtex helicoïdal és causat pel flux en remolí a l'entrada del tub de pressió en condicions de càrrega parcial (és a dir, hi ha un component tangencial de velocitat). L'Oficina de Reclamació dels EUA va dur a terme un estudi experimental sobre el remolí al tub de pressió i va analitzar la forma i el comportament del vòrtex sota diferents graus de remolí. Els resultats mostren que només quan el grau de remolí arriba a un cert nivell, apareixerà la banda de vòrtex en espiral al tub de pressió. El vòrtex helicoïdal apareix en condicions de càrrega parcial, de manera que només quan el cabal relatiu (Q/Qd, on Qd és el cabal del punt de disseny) del funcionament de la turbina està entre 0,5 i 0,85, apareixerà una pulsació de pressió severa al tub de tirada. La freqüència del component principal de la pulsació de pressió induïda per la corretja de vòrtex és relativament baixa, cosa que equival a 0,2 a 0,4 vegades la freqüència de rotació del rodet, i com més petit sigui el Q/Qd, més alta serà la freqüència de pulsació de pressió. A més, quan es produeix cavitació, les bombolles d'aire generades al vòrtex augmentaran la mida del vòrtex i faran que la pulsació de pressió sigui més intensa, i la freqüència de la pulsació de pressió també canviarà.
En condicions de càrrega parcial, la pulsació de pressió al tub de tiratge pot representar una gran amenaça per al funcionament estable i segur de la unitat hidroelèctrica. Per tal de suprimir aquesta pulsació de pressió, s'han proposat moltes idees i mètodes, com ara la instal·lació d'aletes a la paret del tub de tiratge i la ventilació al tub de tiratge són dues mesures efectives. Nishi et al. van utilitzar mètodes experimentals i numèrics per estudiar l'efecte de les aletes sobre la pulsació de pressió del tub de tiratge, incloent-hi els efectes de diferents tipus d'aletes, els efectes del nombre d'aletes i les seves posicions d'instal·lació. Els resultats mostren que la instal·lació d'aletes pot reduir significativament l'excentricitat del vòrtex i reduir la pulsació de pressió. Dmitry et al. també van trobar que la instal·lació d'aletes pot reduir l'amplitud de la pulsació de pressió entre un 30% i un 40%. La ventilació des del forat central de l'eix principal fins al tub de tiratge també és un mètode eficaç per suprimir la pulsació de pressió. El grau d'excentricitat del vòrtex. A més, Nishi et al. també van intentar ventilar el tub de tiratge a través de petits forats a la superfície de l'aleta i van descobrir que aquest mètode pot suprimir la pulsació de pressió i que la quantitat d'aire necessària és molt petita quan l'aleta no pot funcionar.
Data de publicació: 09 d'agost de 2022
