Als schnell reagierende erneuerbare Energiequelle dient Wasserkraft üblicherweise der Spitzenlast- und Frequenzregulierung im Stromnetz. Dies bedeutet, dass Wasserkraftwerke oft unter Bedingungen betrieben werden müssen, die von den Auslegungsbedingungen abweichen. Die Analyse zahlreicher Testdaten zeigt, dass bei Betrieb der Turbine unter nicht konstruktionsgemäßen Bedingungen, insbesondere unter Teillast, starke Druckschwankungen im Saugrohr der Turbine auftreten. Die niedrige Frequenz dieser Druckschwankungen beeinträchtigt den stabilen Betrieb der Turbine sowie die Sicherheit von Anlage und Werkstatt. Daher gibt die Druckschwankung im Saugrohr in Industrie und Wissenschaft Anlass zu großer Besorgnis.
Seit dem ersten Auftreten des Problems der Druckpulsation im Saugrohr einer Turbine im Jahr 1940 beschäftigen sich viele Wissenschaftler mit der Ursache. Heute gehen Wissenschaftler allgemein davon aus, dass die Druckpulsation im Saugrohr unter Teillastbedingungen durch die spiralförmige Wirbelbewegung im Saugrohr verursacht wird. Der Wirbel führt zu einer ungleichmäßigen Druckverteilung im Querschnitt des Saugrohrs, und mit der Rotation des Wirbelbandes rotiert auch das asymmetrische Druckfeld, wodurch sich der Druck periodisch ändert und Druckpulsationen entstehen. Der spiralförmige Wirbel wird durch die wirbelnde Strömung am Saugrohreintritt unter Teillastbedingungen verursacht (d. h. es gibt eine tangentiale Geschwindigkeitskomponente). Das US Bureau of Reclamation führte eine experimentelle Studie zum Wirbel im Saugrohr durch und analysierte die Wirbelform und das Verhalten bei unterschiedlichen Drallgraden. Die Ergebnisse zeigten, dass das spiralförmige Wirbelband im Saugrohr erst ab einem bestimmten Drallgrad auftritt. Der spiralförmige Wirbel tritt unter Teillastbedingungen auf. Erst wenn die relative Durchflussrate (Q/Qd, Qd ist die Auslegungsdurchflussrate) des Turbinenbetriebs zwischen 0,5 und 0,85 liegt, treten starke Druckpulsationen im Saugrohr auf. Die Frequenz der Hauptkomponente der durch das Wirbelband induzierten Druckpulsation ist relativ niedrig und entspricht dem 0,2- bis 0,4-fachen der Drehfrequenz des Laufrads. Je kleiner Q/Qd, desto höher die Druckpulsationsfrequenz. Bei Kavitation vergrößern die im Wirbel entstehenden Luftblasen den Wirbel und verstärken die Druckpulsation, wodurch sich auch die Frequenz der Druckpulsation ändert.
Unter Teillastbedingungen kann die Druckpulsation im Saugrohr eine große Gefahr für den stabilen und sicheren Betrieb des Wasserkraftwerks darstellen. Zur Unterdrückung dieser Druckpulsation wurden viele Ideen und Methoden vorgeschlagen, wie z. B. die Anbringung von Rippen an der Wand des Saugrohrs und eine Entlüftung in das Saugrohr sind zwei wirksame Maßnahmen. Nishi et al. verwendeten experimentelle und numerische Methoden, um die Wirkung von Rippen auf die Druckpulsation im Saugrohr zu untersuchen, einschließlich der Auswirkungen verschiedener Rippenarten, der Auswirkungen ihrer Anzahl und ihrer Einbaulage. Die Ergebnisse zeigen, dass sich durch den Einbau von Rippen die Exzentrizität des Wirbels deutlich verringern und die Druckpulsation reduzieren lässt. Dmitry et al. fanden auch heraus, dass sich durch den Einbau von Rippen die Amplitude der Druckpulsation um 30 bis 40 % reduzieren lässt. Eine Belüftung vom zentralen Loch der Hauptwelle zum Saugrohr ist ebenfalls eine wirksame Methode zur Unterdrückung von Druckpulsation. Der Grad der Exzentrizität des Wirbels. Darüber hinaus haben Nishi et al. Ich habe auch versucht, das Saugrohr durch kleine Löcher auf der Oberfläche der Lamelle zu belüften und habe festgestellt, dass sich mit dieser Methode die Druckpulsation unterdrücken lässt und die erforderliche Luftmenge sehr gering ist, wenn die Lamelle nicht funktioniert.
Beitragszeit: 09.08.2022
