Ως ανανεώσιμη πηγή ενέργειας ταχείας απόκρισης, η υδροηλεκτρική ενέργεια συνήθως παίζει τον ρόλο της ρύθμισης της αιχμής και της συχνότητας στο ηλεκτρικό δίκτυο, πράγμα που σημαίνει ότι οι υδροηλεκτρικές μονάδες συχνά χρειάζεται να λειτουργούν υπό συνθήκες που αποκλίνουν από τις συνθήκες σχεδιασμού. Αναλύοντας έναν μεγάλο αριθμό δεδομένων δοκιμών, επισημαίνεται ότι όταν η τουρμπίνα λειτουργεί υπό συνθήκες εκτός σχεδιασμού, ειδικά υπό συνθήκες μερικού φορτίου, θα εμφανιστεί ισχυρός παλμός πίεσης στον σωλήνα έλξης της τουρμπίνας. Η χαμηλή συχνότητα αυτού του παλμού πίεσης θα επηρεάσει αρνητικά τη σταθερή λειτουργία της τουρμπίνας και την ασφάλεια της μονάδας και του εργαστηρίου. Επομένως, ο παλμός πίεσης του σωλήνα έλξης έχει απασχολήσει ευρέως τη βιομηχανία και τον ακαδημαϊκό χώρο.
Δεδομένου ότι το πρόβλημα της παλμικής πίεσης στον σωλήνα έλξης μιας τουρμπίνας προτάθηκε για πρώτη φορά το 1940, η αιτία έχει απασχολήσει και συζητηθεί από πολλούς μελετητές. Σήμερα, οι μελετητές πιστεύουν γενικά ότι η παλμική πίεση του σωλήνα έλξης υπό συνθήκες μερικού φορτίου προκαλείται από την κίνηση της σπειροειδούς στροβίλου στον σωλήνα έλξης. Η ύπαρξη της στροβίλου καθιστά την κατανομή της πίεσης στην εγκάρσια διατομή του σωλήνα έλξης ανομοιόμορφη και, με την περιστροφή του ιμάντα στροβίλου, το ασύμμετρο πεδίο πίεσης περιστρέφεται επίσης, προκαλώντας την περιοδική αλλαγή της πίεσης με την πάροδο του χρόνου, σχηματίζοντας παλμική πίεση. Η ελικοειδής στροβίλος προκαλείται από τη στροβιλιζόμενη ροή στην είσοδο του σωλήνα έλξης υπό συνθήκες μερικού φορτίου (δηλαδή, υπάρχει μια εφαπτομενική συνιστώσα της ταχύτητας). Το Γραφείο Βελτιώσεων των ΗΠΑ διεξήγαγε μια πειραματική μελέτη σχετικά με τη στροβίλωση στον σωλήνα έλξης και ανέλυσε το σχήμα και τη συμπεριφορά της στροβίλου υπό διαφορετικούς βαθμούς στροβίλου. Τα αποτελέσματα δείχνουν ότι μόνο όταν ο βαθμός στροβίλου φτάσει σε ένα ορισμένο επίπεδο, η σπειροειδής ζώνη στροβίλου θα εμφανιστεί στον σωλήνα έλξης. Η ελικοειδής δίνη εμφανίζεται υπό συνθήκες μερικού φορτίου, επομένως μόνο όταν ο σχετικός ρυθμός ροής (Q/Qd, Qd είναι ο ρυθμός ροής σημείου σχεδιασμού) της λειτουργίας του στροβίλου είναι μεταξύ 0,5 και 0,85, θα εμφανιστεί έντονος παλμός πίεσης στον σωλήνα έλξης. Η συχνότητα του κύριου συστατικού του παλμού πίεσης που προκαλείται από τον ιμάντα στροβίλου είναι σχετικά χαμηλή, η οποία ισοδυναμεί με 0,2 έως 0,4 φορές τη συχνότητα περιστροφής του δρομέα, και όσο μικρότερο είναι το Q/Qd, τόσο υψηλότερη είναι η συχνότητα παλμού πίεσης. Επιπλέον, όταν συμβαίνει σπηλαίωση, οι φυσαλίδες αέρα που δημιουργούνται στον στρόβιλο θα αυξήσουν το μέγεθος του στροβίλου και θα κάνουν τον παλμό πίεσης πιο έντονο, και η συχνότητα του παλμού πίεσης θα αλλάξει επίσης.
Υπό συνθήκες μερικού φορτίου, ο παλμός πίεσης στον σωλήνα έλξης μπορεί να αποτελέσει μεγάλη απειλή για τη σταθερή και ασφαλή λειτουργία της υδροηλεκτρικής μονάδας. Για την καταστολή αυτού του παλμού πίεσης, έχουν προταθεί πολλές ιδέες και μέθοδοι, όπως η εγκατάσταση πτερυγίων στο τοίχωμα του σωλήνα έλξης και ο εξαερισμός στον σωλήνα έλξης, που είναι δύο αποτελεσματικά μέτρα. Οι Nishi et al. χρησιμοποίησαν πειραματικές και αριθμητικές μεθόδους για να μελετήσουν την επίδραση των πτερυγίων στον παλμό πίεσης του σωλήνα έλξης, συμπεριλαμβανομένων των επιδράσεων διαφορετικών τύπων πτερυγίων, των επιδράσεων του αριθμού των πτερυγίων και των θέσεων εγκατάστασής τους. Τα αποτελέσματα δείχνουν ότι η εγκατάσταση πτερυγίων μπορεί να μειώσει σημαντικά την εκκεντρότητα της δίνης και να μειώσει τον παλμό πίεσης. Οι Dmitry et al. διαπίστωσαν επίσης ότι η εγκατάσταση πτερυγίων μπορεί να μειώσει το πλάτος του παλμού πίεσης κατά 30% έως 40%. Ο εξαερισμός από την κεντρική οπή του κύριου άξονα προς τον σωλήνα έλξης είναι επίσης μια αποτελεσματική μέθοδος για την καταστολή του παλμού πίεσης. Ο βαθμός εκκεντρότητας της δίνης. Επιπλέον, οι Nishi et al. Προσπάθησαν επίσης να αερίσουν τον σωλήνα έλξης μέσω μικρών οπών στην επιφάνεια του πτερυγίου και διαπίστωσαν ότι αυτή η μέθοδος μπορεί να καταστείλει τον παλμό πίεσης και η ποσότητα αέρα που απαιτείται είναι πολύ μικρή όταν το πτερύγιο δεν μπορεί να λειτουργήσει.
Ώρα δημοσίευσης: 09 Αυγούστου 2022
