La altura de succión de la unidad de una central eléctrica de almacenamiento por bombeo tendrá un impacto directo en el sistema de derivación y la disposición de la central eléctrica. Un requisito de excavación poco profunda puede reducir el costo de la construcción civil correspondiente. Sin embargo, también aumentará el riesgo de cavitación durante el funcionamiento de la bomba, por lo que la precisión en la estimación de la elevación durante la instalación inicial de la central es fundamental. En las primeras etapas de la aplicación de la turbina-bomba, se observó que la cavitación del rodete durante el funcionamiento de la bomba era más grave que durante el funcionamiento de la turbina. En el diseño, generalmente se considera que si se logra la cavitación durante el funcionamiento de la bomba, también se logrará el funcionamiento de la turbina.
La selección de la altura de succión de la turbina de la bomba de flujo mixto se refiere principalmente a dos principios:
En primer lugar, se debe llevar a cabo de acuerdo con la condición de que no haya cavitación durante el funcionamiento de la bomba de agua; en segundo lugar, la separación de la columna de agua no puede ocurrir en todo el sistema de transporte de agua durante el proceso de transición del rechazo de carga unitaria.
Generalmente, la velocidad específica es proporcional al coeficiente de cavitación del rodete. Al aumentar la velocidad específica, el coeficiente de cavitación del rodete también aumenta, y el rendimiento de cavitación disminuye. En combinación con el valor calculado empíricamente de la altura de succión y el valor calculado del grado de vacío del tubo de aspiración en las condiciones más peligrosas del proceso de transición, y considerando que, con el objetivo de minimizar las excavaciones civiles, la unidad cuenta con una profundidad de inmersión suficiente para garantizar un funcionamiento seguro y estable.
La profundidad de inmersión de la turbina de bombeo de alta presión se determina en función de la ausencia de cavitación y de separación de la columna de agua en el tubo de aspiración durante diversos transitorios. La profundidad de inmersión de las turbinas de bombeo en centrales eléctricas de almacenamiento por bombeo es muy grande, por lo que la altura de instalación de las unidades es baja. La altura de succión de las unidades de alta presión utilizadas en centrales eléctricas en funcionamiento en China, como la del estanque Xilong, es de -75 m, mientras que la altura de succión de la mayoría de las centrales eléctricas con una presión de agua de 400-500 m es de aproximadamente -70 a -80 m, y la de las centrales de 700 m es de aproximadamente -100 m.
Durante el proceso de rechazo de carga de la turbina de la bomba, el efecto del golpe de ariete hace que la presión promedio de la sección del tubo de aspiración caiga significativamente. Con el rápido aumento de la velocidad del rodete durante el proceso de transición de rechazo de carga, aparece un fuerte flujo de agua rotatorio fuera de la sección de salida del rodete, lo que hace que la presión central de la sección sea menor que la presión exterior. Si bien la presión promedio de la sección sigue siendo mayor que la presión de vaporización del agua, la presión local en el centro puede ser menor que dicha presión, causando la separación de la columna de agua. En el análisis numérico del proceso de transición de la turbina de la bomba, solo se puede proporcionar la presión promedio de cada sección de la tubería. Solo mediante una prueba de simulación completa del proceso de transición de rechazo de carga se puede determinar la caída de presión local para evitar el fenómeno de separación de la columna de agua en el tubo de aspiración.
La profundidad de inmersión de la turbina de bombeo de alta presión no solo debe cumplir con los requisitos antierosión, sino también garantizar que el tubo de aspiración no presente separación de la columna de agua durante los diversos procesos de transición. La turbina de bombeo de alta presión adopta una gran profundidad de inmersión para evitar la separación de la columna de agua durante el proceso de transición y garantizar la seguridad del sistema de desviación de agua y las unidades de la central eléctrica. Por ejemplo, la profundidad mínima de inmersión de la central eléctrica de almacenamiento por bombeo de Geyechuan es de -98 m, y la de la central eléctrica de almacenamiento por bombeo de Shenliuchuan es de -104 m. Las centrales eléctricas de almacenamiento por bombeo de Jixi, en el país, tienen una profundidad de -85 m, las de Dunhua, de -94 m, las de Changlongshan, de -94 m, y las de Yangjiang, de -100 m.
Para una misma turbina de bombeo, cuanto más se desvía de las condiciones óptimas de funcionamiento, mayor es la intensidad de la cavitación. En condiciones de alta sustentación y bajo caudal, la mayoría de las líneas de flujo presentan un ángulo de ataque positivo amplio, lo que facilita la cavitación en la zona de presión negativa de la superficie de succión del álabe. En condiciones de baja sustentación y alto caudal, el ángulo de ataque negativo de la superficie de presión del álabe es amplio, lo que facilita la separación del flujo y la erosión por cavitación de dicha superficie. Generalmente, el coeficiente de cavitación es relativamente alto en centrales eléctricas con amplio rango de variación de altura, y una menor elevación de instalación permite evitar la cavitación durante el funcionamiento en condiciones de baja y alta sustentación. Por lo tanto, si la altura de agua varía considerablemente, la altura de succión aumentará en consecuencia para cumplir con las condiciones. Por ejemplo, la profundidad de inmersión de QX es de -66 m y la de MX de -68 m. Debido a la mayor variación de la altura de agua de MX, resulta más difícil realizar el ajuste y la garantía de MX.
Se ha informado de que algunas centrales eléctricas de almacenamiento por bombeo extranjeras han experimentado separación de la columna de agua. El fabricante realizó una prueba completa con un modelo de simulación del proceso de transición de la turbina de bombeo japonesa de alta presión, y se estudió a fondo el fenómeno de separación de la columna de agua para determinar la altura de instalación de la turbina. El problema más complejo para las centrales eléctricas de almacenamiento por bombeo es la seguridad del sistema. Es necesario garantizar que el aumento de presión en la carcasa espiral y la presión negativa del agua de cola se encuentren dentro de un rango seguro en condiciones de trabajo extremas, y asegurar que el rendimiento hidráulico alcance un nivel óptimo, lo cual influye en gran medida en la selección de la profundidad de inmersión.
Hora de publicación: 23 de noviembre de 2022
