Como fuente de energía renovable de respuesta rápida, la energía hidroeléctrica suele desempeñar la función de regulación de picos y frecuencia en la red eléctrica, lo que implica que las unidades hidroeléctricas a menudo deben operar en condiciones diferentes a las de diseño. El análisis de numerosos datos de prueba indica que, cuando la turbina funciona en condiciones distintas a las de diseño, especialmente a carga parcial, se produce una fuerte pulsación de presión en el tubo de aspiración. La baja frecuencia de esta pulsación de presión afecta negativamente la estabilidad del funcionamiento de la turbina y la seguridad de la unidad y del taller. Por lo tanto, la pulsación de presión en el tubo de aspiración ha suscitado una gran preocupación en la industria y el mundo académico.
Desde que se propuso por primera vez el problema de la pulsación de presión en el tubo de aspiración de una turbina en 1940, su causa ha sido motivo de preocupación y debate para numerosos investigadores. Actualmente, se cree que la pulsación de presión en el tubo de aspiración bajo carga parcial se debe al movimiento del vórtice espiral en el tubo. La existencia del vórtice hace que la distribución de la presión en la sección transversal del tubo sea desigual, y con la rotación de la correa del vórtice, el campo de presión asimétrico también gira, provocando que la presión cambie periódicamente con el tiempo, formando la pulsación de presión. El vórtice helicoidal se debe al flujo arremolinado en la entrada del tubo de aspiración bajo carga parcial (es decir, hay un componente tangencial de la velocidad). La Oficina de Reclamación de Estados Unidos realizó un estudio experimental sobre el remolino en el tubo de aspiración y analizó su forma y comportamiento bajo diferentes grados de remolino. Los resultados muestran que solo cuando el grado de remolino alcanza un cierto nivel, la banda del vórtice espiral aparecerá en el tubo de aspiración. El vórtice helicoidal aparece en condiciones de carga parcial, por lo que solo cuando el caudal relativo (Q/Qd, Qd es el caudal de diseño) de la turbina se encuentra entre 0,5 y 0,85, se produce una pulsación de presión intensa en el tubo de aspiración. La frecuencia del componente principal de la pulsación de presión inducida por la correa de vórtices es relativamente baja, equivalente a entre 0,2 y 0,4 veces la frecuencia de rotación del rodete. Cuanto menor sea el Q/Qd, mayor será la frecuencia de la pulsación de presión. Además, al producirse cavitación, las burbujas de aire generadas en el vórtice aumentan su tamaño, intensificando la pulsación de presión y modificando su frecuencia.
En condiciones de carga parcial, la pulsación de presión en el tubo de aspiración puede suponer una gran amenaza para el funcionamiento estable y seguro de la unidad hidroeléctrica. Para suprimir esta pulsación de presión, se han propuesto diversas ideas y métodos, como la instalación de aletas en la pared del tubo de aspiración y la ventilación en el mismo, dos medidas eficaces. Nishi et al. utilizaron métodos experimentales y numéricos para estudiar el efecto de las aletas en la pulsación de presión del tubo de aspiración, incluyendo los efectos de los diferentes tipos de aletas, los efectos del número de aletas y sus posiciones de instalación. Los resultados muestran que la instalación de aletas puede reducir significativamente la excentricidad del vórtice y la pulsación de presión. Dmitry et al. también descubrieron que la instalación de aletas puede reducir la amplitud de la pulsación de presión entre un 30 % y un 40 %. La ventilación desde el orificio central del eje principal hasta el tubo de aspiración también es un método eficaz para suprimir la pulsación de presión. El grado de excentricidad del vórtice. Además, Nishi et al. También intenté ventilar el tubo de tiro a través de pequeños orificios en la superficie de la aleta y descubrí que este método puede suprimir la pulsación de presión y la cantidad de aire requerida es muy pequeña cuando la aleta no puede funcionar.
Hora de publicación: 09-ago-2022
