ارتفاع مکش واحد نیروگاه تلمبه ذخیرهای تأثیر مستقیمی بر سیستم انحراف و طرح نیروگاه خواهد داشت و نیاز به عمق حفاری کم میتواند هزینههای مربوط به ساخت و ساز عمرانی نیروگاه را کاهش دهد. با این حال، این امر همچنین خطر کاویتاسیون را در حین کار پمپ افزایش میدهد، بنابراین دقت تخمین ارتفاع در حین نصب اولیه نیروگاه بسیار مهم است. در فرآیند اولیه استفاده از توربین پمپ، مشخص شد که کاویتاسیون رانر در شرایط کار پمپ جدیتر از شرایط کار توربین است. در طراحی، عموماً اعتقاد بر این است که اگر کاویتاسیون در شرایط کار پمپ قابل برآورده شدن باشد، شرایط کار توربین نیز قابل برآورده شدن است.
انتخاب ارتفاع مکش توربین پمپ جریان مختلط عمدتاً به دو اصل اشاره دارد:
اولاً، این کار باید طبق شرایطی انجام شود که در شرایط کاری پمپ آب، کاویتاسیون وجود نداشته باشد؛ ثانیاً، جداسازی ستون آب در کل سیستم انتقال آب در طول فرآیند انتقال دفع بار واحد رخ ندهد.
به طور کلی، سرعت مخصوص متناسب با ضریب کاویتاسیون راهگاه است. با افزایش سرعت مخصوص، ضریب کاویتاسیون راهگاه نیز افزایش مییابد و عملکرد کاویتاسیون کاهش مییابد. با در نظر گرفتن مقدار محاسبه تجربی ارتفاع مکش و مقدار محاسبه درجه خلاء لوله مکش در خطرناکترین شرایط فرآیند انتقال، و با در نظر گرفتن این فرض که با هدف صرفهجویی در حفاری عمرانی تا حد امکان، دستگاه عمق غوطهوری کافی برای اطمینان از عملکرد ایمن و پایدار دستگاه را دارد.
عمق غوطهوری توربین پمپ با هد بالا بر اساس عدم وجود کاویتاسیون توربین پمپ و عدم وجود جدایش ستون آب در لوله مکش در طول گذراهای مختلف تعیین میشود. عمق غوطهوری توربینهای پمپ در نیروگاههای ذخیرهای پمپدار بسیار زیاد است، بنابراین ارتفاع نصب واحدها کم است. ارتفاع مکش واحدهای هد بالا که در نیروگاههای راهاندازی شده در چین، مانند دریاچه زیلونگ، استفاده میشوند، ۷۵- متر است، در حالی که ارتفاع مکش اکثر نیروگاهها با هد آبی ۴۰۰-۵۰۰ متر حدود ۷۰- تا ۸۰- متر است و ارتفاع مکش ۷۰۰ متر هد آبی حدود ۱۰۰- متر است.
در طول فرآیند دفع بار توربین پمپ، اثر ضربه قوچ باعث میشود فشار متوسط بخش لوله مکش به طور قابل توجهی کاهش یابد. با افزایش سریع سرعت رانر در طول فرآیند انتقال دفع بار، یک جریان آب چرخشی قوی در خارج از بخش خروجی رانر ظاهر میشود و فشار مرکز بخش را کمتر از فشار خارجی میکند. اگرچه فشار متوسط بخش هنوز بیشتر از فشار تبخیر آب است، اما فشار موضعی مرکز ممکن است کمتر از فشار تبخیر آب باشد و باعث جدایش ستون آب شود. در تحلیل عددی فرآیند انتقال توربین پمپ، فقط میتوان فشار متوسط هر بخش از لوله را بدست آورد. تنها از طریق آزمایش شبیهسازی کامل فرآیند انتقال دفع بار میتوان افت فشار موضعی را تعیین کرد تا از پدیده جدایش ستون آب در لوله مکش جلوگیری شود.
عمق غوطهوری توربین پمپ با هد بالا نه تنها باید الزامات ضد فرسایش را برآورده کند، بلکه باید تضمین کند که لوله مکش در طول فرآیندهای مختلف انتقال، دچار جدایش ستون آب نشود. توربین پمپ با هد فوق بالا، عمق غوطهوری زیادی را اتخاذ میکند تا از جدایش ستون آب در طول فرآیند انتقال جلوگیری کند و ایمنی سیستم انحراف آب و واحدهای نیروگاه را تضمین کند. به عنوان مثال، حداقل عمق غوطهوری نیروگاه تلمبه ذخیرهای گیچوان ۹۸- متر و حداقل عمق غوطهوری نیروگاه تلمبه ذخیرهای شنلیوچوان ۱۰۴- متر است. نیروگاه تلمبه ذخیرهای داخلی جیکسی ۸۵- متر، دانهوا ۹۴- متر، چانگلونگشان ۹۴- متر و یانگجیانگ ۱۰۰- متر است.
برای یک توربین پمپ مشابه، هرچه از شرایط کاری بهینه منحرف شود، شدت کاویتاسیون بیشتر میشود. در شرایط کاری با نیروی بالابری زیاد و جریان کم، اکثر خطوط جریان زاویه حمله مثبت زیادی دارند و کاویتاسیون به راحتی در ناحیه فشار منفی سطح مکش پره رخ میدهد. در شرایط نیروی بالابری کم و جریان زیاد، زاویه حمله منفی سطح فشار پره بزرگ است که به راحتی باعث جدایش جریان میشود و در نتیجه منجر به فرسایش کاویتاسیون سطح فشار پره میشود. به طور کلی، ضریب کاویتاسیون برای نیروگاهی با محدوده تغییر ارتفاع زیاد نسبتاً بزرگ است و ارتفاع نصب پایینتر میتواند این الزام را برآورده کند که در طول کار در شرایط نیروی بالابری کم و نیروی بالابری زیاد، کاویتاسیون رخ ندهد. بنابراین، اگر ارتفاع آب بسیار تغییر کند، ارتفاع مکش نیز متناسب با شرایط افزایش مییابد. به عنوان مثال، عمق غوطهوری QX - 66 متر و MX-68 متر است. از آنجا که تغییرات ارتفاع آب MX بیشتر است، تنظیم و تضمین MX دشوارتر است.
گزارش شده است که برخی از نیروگاههای تلمبه ذخیرهای خارجی، جدایش ستون آب را تجربه کردهاند. آزمایش کامل مدل شبیهسازی فرآیند گذار توربین پمپ با هد بالای ژاپنی در کارخانه سازنده انجام شد و پدیده جدایش ستون آب به طور عمیق مورد مطالعه قرار گرفت تا ارتفاع نصب توربین پمپ تعیین شود. دشوارترین مشکل برای نیروگاههای تلمبه ذخیرهای، ایمنی سیستم است. لازم است اطمینان حاصل شود که افزایش فشار محفظه مارپیچی و فشار منفی آب پایاب در شرایط کاری شدید در محدوده ایمن قرار دارند و عملکرد هیدرولیکی به سطح درجه یک میرسد که تأثیر بیشتری بر انتخاب عمق غوطهوری دارد.
زمان ارسال: ۲۳ نوامبر ۲۰۲۲
