Som en hurtigreagerende vedvarende energikilde spiller vandkraft normalt rollen som spidsbelastningsregulering og frekvensregulering i elnettet, hvilket betyder, at vandkraftværker ofte skal operere under forhold, der afviger fra designforholdene. Ved at analysere et stort antal testdata er det påpeget, at når turbinen arbejder under ikke-designforhold, især under delvise belastningsforhold, vil der opstå stærke trykpulsationer i turbinens trækrør. Den lave frekvens af denne trykpulsation vil have en negativ indvirkning på turbinens stabile drift og enhedens og værkstedets sikkerhed. Derfor har trykpulsationen i trækrøret været udsat for stor bekymring i industrien og den akademiske verden.
Siden problemet med trykpulsering i en turbines sugerør først blev foreslået i 1940, har årsagen været bekymret og diskuteret af mange forskere. I øjeblikket mener forskere generelt, at trykpulseringen i sugerøret under delvise belastningsforhold skyldes den spiralformede hvirvelbevægelse i sugerøret. Hvirvelens tilstedeværelse gør trykfordelingen på sugerørets tværsnit ujævn, og med rotationen af hvirvelbåndet roterer det asymmetriske trykfelt også, hvilket får trykket til at ændre sig periodisk over tid og danne trykpulsering. Den spiralformede hvirvel forårsages af den hvirvlende strømning ved sugerørets indløb under delvise belastningsforhold (dvs. der er en tangentiel hastighedskomponent). Det amerikanske genvindingsbureau udførte en eksperimentel undersøgelse af hvirvlen i sugerøret og analyserede hvirvelformen og -opførslen under forskellige hvirvelgrader. Resultaterne viser, at kun når hvirvelgraden når et vist niveau, vil det spiralformede hvirvelbånd opstå i sugerøret. Den spiralformede hvirvel opstår under delvise belastningsforhold, så kun når den relative strømningshastighed (Q/Qd, Qd er designpunktstrømningshastigheden) for turbinens drift er mellem 0,5 og 0,85, vil der opstå kraftig trykpulsation i sugerøret. Frekvensen af hovedkomponenten i den trykpulsation, der induceres af hvirvelbåndet, er relativt lav, hvilket svarer til 0,2 til 0,4 gange rotationsfrekvensen af løberen, og jo mindre Q/Qd er, desto højere er trykpulsationsfrekvensen. Derudover, når kavitation opstår, vil de luftbobler, der genereres i hvirvelen, øge størrelsen af hvirvelen og gøre trykpulsationen mere intens, og frekvensen af trykpulsationen vil også ændre sig.
Under delvise belastningsforhold kan trykpulsationen i trækrøret udgøre en stor trussel mod den stabile og sikre drift af vandkraftværket. For at undertrykke denne trykpulsation er der blevet foreslået mange ideer og metoder, såsom at installere finner på væggen af trækrøret og udluftning i trækrøret, hvilket er to effektive foranstaltninger. Nishi et al. brugte eksperimentelle og numeriske metoder til at undersøge effekten af finner på trykpulsationen i trækrøret, herunder virkningerne af forskellige typer finner, virkningerne af antallet af finner og deres installationspositioner. Resultaterne viser, at installation af finner kan reducere hvirvelens excentricitet betydeligt og reducere trykpulsationen. Dmitry et al. fandt også, at installation af finner kan reducere amplituden af trykpulsationen med 30% til 40%. Ventilation fra hovedakslens centrale hul til trækrøret er også en effektiv metode til at undertrykke trykpulsation. Graden af hvirvelens excentricitet. Derudover har Nishi et al. forsøgte også at ventilere trækrøret gennem små huller på finnens overflade, og fandt ud af, at denne metode kan undertrykke trykpulsationen, og den nødvendige mængde luft er meget lille, når finnen ikke kan fungere.
Opslagstidspunkt: 9. august 2022
