Como fuente de energía renovable de respuesta rápida, la energía hidroeléctrica suele desempeñar un papel fundamental en la regulación de picos y frecuencias en la red eléctrica, lo que implica que las centrales hidroeléctricas a menudo deben operar en condiciones que se desvían de las de diseño. Tras analizar una gran cantidad de datos de prueba, se observa que cuando la turbina opera en condiciones no de diseño, especialmente bajo carga parcial, se produce una fuerte pulsación de presión en el tubo de aspiración. La baja frecuencia de esta pulsación afecta negativamente la estabilidad 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 sido objeto de gran interés para la industria y la comunidad académica.
Desde que se planteó por primera vez el problema de la pulsación de presión en el tubo de aspiración de una turbina en 1940, su causa ha sido objeto de preocupación y debate entre numerosos investigadores. Actualmente, se cree que la pulsación de presión en el tubo de aspiración bajo condiciones de carga parcial se debe al movimiento de un vórtice espiral en su interior. La presencia de este vórtice provoca una distribución de presión desigual en la sección transversal del tubo, y con la rotación de la banda de vórtice, el campo de presión asimétrico también gira, lo que provoca que la presión varíe periódicamente con el tiempo, generando así la pulsación de presión. El vórtice helicoidal se origina por el flujo turbulento en la entrada del tubo de aspiración bajo condiciones de carga parcial (es decir, existe un componente tangencial de la velocidad). La Oficina de Recuperación de los Estados Unidos (US Bureau of Reclamation) realizó un estudio experimental sobre el remolino en el tubo de aspiración y analizó la forma y el comportamiento del vórtice bajo diferentes grados de remolino. Los resultados muestran que solo cuando el grado de remolino alcanza un cierto nivel, aparece la banda de vórtice espiral en el tubo de aspiración. El vórtice helicoidal aparece bajo condiciones de carga parcial, por lo que solo cuando el caudal relativo (Q/Qd, donde Qd es el caudal de diseño) de la turbina se encuentra entre 0,5 y 0,85, se produce una pulsación de presión severa en el tubo de aspiración. La frecuencia del componente principal de la pulsación de presión inducida por el vórtice es relativamente baja, equivalente a entre 0,2 y 0,4 veces la frecuencia de rotación del rodete, y cuanto menor sea Q/Qd, mayor será la frecuencia de la pulsación de presión. Además, cuando se produce cavitación, las burbujas de aire generadas en el vórtice aumentan su tamaño e intensifican la pulsación de presión, modificando también su frecuencia.
Bajo condiciones de carga parcial, la pulsación de presión en el tubo de aspiración puede representar una gran amenaza para el funcionamiento estable y seguro de la unidad hidroeléctrica. Para suprimir esta pulsación de presión, se han propuesto muchas ideas y métodos, como la instalación de aletas en la pared del tubo de aspiración y la ventilación en el tubo de aspiración son dos medidas efectivas. 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 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 reducir la pulsación de presión. Dmitry et al. también encontraron que la instalación de aletas puede reducir la amplitud de la pulsación de presión en un 30% a 40%. La ventilación desde el orificio central del eje principal hacia el tubo de aspiración también es un método efectivo para suprimir la pulsación de presión. El grado de excentricidad del vórtice. Además, Nishi et al. También se intentó ventilar el tubo de aspiración a través de pequeños orificios en la superficie de la aleta, y se descubrió que este método puede suprimir la pulsación de presión y que la cantidad de aire necesaria es muy pequeña cuando la aleta no puede funcionar.
Fecha de publicación: 9 de agosto de 2022
