Nopeasti reagoivana uusiutuvana energialähteenä vesivoima toimii yleensä sähköverkon huippu- ja taajuussäätelijänä, mikä tarkoittaa, että vesivoimalaitosten on usein toimittava suunnitelluista olosuhteista poikkeavissa olosuhteissa. Suuren määrän testidatan analysointi osoitti, että kun turbiini toimii suunnitelluista olosuhteista poiketen, erityisesti osakuormalla, turbiinin vetoputkessa esiintyy voimakasta painepulsaatiota. Tämän painepulssin matala taajuus vaikuttaa haitallisesti turbiinin vakaaseen toimintaan sekä yksikön ja korjaamon turvallisuuteen. Siksi vetoputken painepulssi on herättänyt laajaa huolta sekä teollisuudessa että akateemisessa maailmassa.
Siitä lähtien, kun turbiinin vetoputken painepulssin ongelma esitettiin ensimmäisen kerran vuonna 1940, monet tutkijat ovat olleet huolissaan ja keskustelleet sen syystä. Tällä hetkellä tutkijat uskovat yleisesti, että vetoputken painepulsaatio osakuorman olosuhteissa johtuu vetoputken spiraalimaisesta pyörreliikkeestä. Pyörteen olemassaolo tekee paineen jakautumisesta epätasaista vetoputken poikkileikkauksessa, ja pyörrevyön pyöriessä epäsymmetrinen painekenttä pyörii, jolloin paine muuttuu ajoittain ajan myötä ja muodostuu painepulsaatiota. Kierteinen pyörre johtuu pyörteisestä virtauksesta vetoputken sisääntulossa osakuorman olosuhteissa (eli nopeudella on tangentiaalinen komponentti). Yhdysvaltain talteenottovirasto (US Bureau of Reclamation) suoritti kokeellisen tutkimuksen vetoputken pyörteestä ja analysoi pyörteen muotoa ja käyttäytymistä eri pyörreasteilla. Tulokset osoittavat, että vasta kun pyörteen aste saavuttaa tietyn tason, vetoputkeen ilmestyy spiraalimainen pyörrevyöhyke. Kierteinen pyörrevirtaus esiintyy osakuormaolosuhteissa, joten vain silloin, kun turbiinin toiminnan suhteellinen virtausnopeus (Q/Qd, Qd on suunnittelupistevirtausnopeus) on välillä 0,5–0,85, vetoputkessa esiintyy voimakasta painepulsaatiota. Pyörrevyön aiheuttaman painepulssin pääkomponentin taajuus on suhteellisen alhainen, mikä vastaa 0,2–0,4 kertaa juoksuputken pyörimistaajuus, ja mitä pienempi Q/Qd on, sitä suurempi on painepulssin taajuus. Lisäksi kavitaation yhteydessä pyörteessä syntyvät ilmakuplat lisäävät pyörteen kokoa ja tekevät painepulssista voimakkaampia, ja myös painepulssin taajuus muuttuu.
Osittaiskuormitusolosuhteissa imuputken painepulssi voi aiheuttaa suuren uhan vesivoimalaitoksen vakaalle ja turvalliselle toiminnalle. Tämän painepulssin estämiseksi on ehdotettu useita ideoita ja menetelmiä, kuten kaksi tehokasta toimenpidettä ovat ripojen asentaminen imuputken seinämään ja tuuletus imuputkeen. Nishi ym. käyttivät kokeellisia ja numeerisia menetelmiä tutkiakseen ripojen vaikutusta imuputken painepulssiin, mukaan lukien erityyppisten ripojen vaikutukset, ripojen lukumäärän vaikutukset ja niiden asennusasennot. Tulokset osoittavat, että ripojen asentaminen voi merkittävästi vähentää pyörteen epäkeskisyyttä ja vähentää painepulssia. Dmitry ym. havaitsivat myös, että ripojen asentaminen voi vähentää painepulssin amplitudia 30–40 %. Tuuletus pääakselin keskireiästä imuputkeen on myös tehokas menetelmä painepulssin estämiseksi. Pyörteen epäkeskisyyden aste. Lisäksi Nishi ym. yritti myös tuulettaa vetoputkea evän pinnalla olevien pienten reikien kautta ja havaitsi, että tämä menetelmä voi vaimentaa paineenvaihteluita ja tarvittavan ilman määrä on hyvin pieni, kun evä ei toimi.
Julkaisun aika: 09.08.2022
