Jednotková sací výška přečerpávací elektrárny bude mít přímý vliv na systém odvádění vody a uspořádání strojovny elektrárny a požadavek na malou hloubku výkopu může snížit odpovídající náklady na výstavbu elektrárny. Zároveň však zvýší riziko kavitace během provozu čerpadla, takže přesnost odhadu výšky během rané instalace elektrárny je velmi důležitá. V raných fázích aplikace čerpací turbíny se zjistilo, že kavitace oběžného kola za provozních podmínek čerpadla byla závažnější než za provozních podmínek turbíny. Při návrhu se obecně předpokládá, že pokud lze splnit kavitaci za provozních podmínek čerpadla, lze splnit i provozní podmínky turbíny.
Výběr sací výšky turbíny čerpadla se smíšeným průtokem se odkazuje především na dva principy:
Zaprvé, musí být provedeno za podmínky, že za provozních podmínek vodního čerpadla nedochází ke kavitaci; zadruhé, během přechodového procesu odmítnutí jednotkového zatížení nesmí v celém systému dopravy vody dojít k oddělení vodního sloupce.
Obecně je specifická rychlost úměrná kavitačnímu koeficientu oběžného kola. Se zvyšující se specifickou rychlostí se zvyšuje i kavitační koeficient oběžného kola a snižuje se kavitační výkon. V kombinaci s empirickou výpočtovou hodnotou sací výšky a výpočtovou hodnotou stupně podtlaku v sací trubce za nejnebezpečnějších podmínek přechodového procesu a s ohledem na maximální úsporu stavebních prací musí mít jednotka dostatečnou hloubku ponoru pro zajištění bezpečného a stabilního provozu.
Hloubka ponoru vysokotlaké čerpací turbíny se určuje podle absence kavitace čerpací turbíny a absence separace vodního sloupce v sací trubce během různých přechodových jevů. Hloubka ponoru čerpacích turbín v přečerpávacích elektrárnách je velmi velká, takže instalační výška jednotek je nízká. Sací výška vysokotlakových jednotek používaných v elektrárnách, které byly uvedeny do provozu v Číně, jako je Xilong Pond, je –75 m, zatímco sací výška většiny elektráren s vodním sloupcem 400–500 m je přibližně –70 až –80 m a sací výška 700 m vodního sloupce je přibližně –100 m.
Během procesu potlačení zatížení turbínou čerpadla způsobuje efekt vodního rázu výrazný pokles průměrného tlaku v sekci sací trubky. S rychlým nárůstem rychlosti oběžného kola během procesu přechodu potlačení zatížení se vně výstupní sekce oběžného kola objevuje silný rotující proud vody, což snižuje tlak ve středu sekce než vnější tlak. I když je průměrný tlak v sekci stále vyšší než tlak odpařování vody, lokální tlak ve středu může být nižší než tlak odpařování vody, což způsobuje odtržení vodního sloupce. V numerické analýze procesu přechodu turbíny čerpadla lze uvést pouze průměrný tlak v každé sekci potrubí. Pouze prostřednictvím úplné simulační zkoušky procesu přechodu potlačení zatížení lze určit lokální pokles tlaku, aby se zabránilo jevu odtržení vodního sloupce v sací trubce.
Hloubka ponoru turbíny s vysokým výtlakem by měla nejen splňovat požadavky na ochranu proti erozi, ale také zajistit, aby v sací trubici nedocházelo k oddělování vodního sloupce během různých přechodových procesů. Turbína s velmi vysokým výtlakem využívá velkou hloubku ponoru, aby se zabránilo oddělování vodního sloupce během přechodového procesu a byla zajištěna bezpečnost systému odvádění vody a jednotek elektrárny. Například minimální hloubka ponoru přečerpávací elektrárny Geyechuan je – 98 m a minimální hloubka ponoru přečerpávací elektrárny Shenliuchuan je – 104 m. Domácí přečerpávací elektrárna Jixi je – 85 m, Dunhua – 94 m, Changlongshan – 94 m a Yangjiang – 100 m.
U stejné turbíny čerpadla platí, že čím dále se odchyluje od optimálního provozního stavu, tím větší je intenzita kavitace. Za provozních podmínek vysokého vztlaku a malého průtoku má většina proudnic velký kladný úhel náběhu a v oblasti podtlaku sací plochy lopatek snadno dochází ke kavitaci. Za podmínek nízkého vztlaku a velkého průtoku je záporný úhel náběhu tlakové plochy lopatek velký, což snadno způsobí oddělení proudění a následnou kavitační erozi tlakové plochy lopatek. Obecně platí, že součinitel kavitace je u elektráren s velkým rozsahem změny tlaku relativně velký a nižší instalační výška splňuje požadavek, aby během provozu za podmínek nízkého a vysokého vztlaku nedocházelo ke kavitaci. Pokud se tedy tlak vody značně mění, sací výška se odpovídajícím způsobem zvýší, aby se splnily podmínky. Například hloubka ponoru QX je –66 m a MX –68 m. Vzhledem k většímu kolísání tlaku vody MX je obtížnější dosáhnout nastavení a zajištění MX.
Uvádí se, že u některých zahraničních přečerpávacích elektráren došlo k oddělování vodního sloupce. U výrobce byl proveden kompletní simulační modelový test přechodového procesu japonské vysokotlaké čerpací turbíny a jev oddělování vodního sloupce byl hloubkově studován za účelem určení výšky instalace čerpací turbíny. Nejobtížnějším problémem přečerpávacích elektráren je bezpečnost systému. Je nutné zajistit, aby nárůst tlaku ve spirální skříni a podtlak vody na konci byly v bezpečném rozsahu i za extrémních provozních podmínek a aby hydraulický výkon dosáhl prvotřídní úrovně, což má větší vliv na volbu hloubky ponoru.
Čas zveřejnění: 23. listopadu 2022
