Pumppuvoimalaitoksen imukorkeudella on suora vaikutus voimalaitoksen kiertojärjestelmään ja voimalaitoksen pohjaratkaisuun, ja matala kaivuusyvyysvaatimus voi vähentää voimalaitoksen vastaavia rakennuskustannuksia. Se kuitenkin lisää myös kavitaation riskiä pumpun käytön aikana, joten korkeuden arvioinnin tarkkuus voimalaitoksen asennuksen alkuvaiheessa on erittäin tärkeää. Pumpputurbiinin alkuvaiheen sovellusprosessissa havaittiin, että juoksupyörän kavitaatio pumpun käydessä oli vakavampaa kuin turbiinin käydessä. Suunnittelussa yleisesti uskotaan, että jos kavitaatio pumpun käydessä voidaan täyttää, myös turbiinin käyttöolosuhteet voidaan täyttää.
Sekavirtauspumpun turbiinin imukorkeuden valinta viittaa pääasiassa kahteen periaatteeseen:
Ensinnäkin se on suoritettava edellyttäen, että vesipumpun käyttöolosuhteissa ei esiinny kavitaatiota; toiseksi vesipatsaan erottumista ei voi tapahtua koko vedensiirtojärjestelmässä yksikkökuorman hylkäyksen siirtymäprosessin aikana.
Yleisesti ottaen ominaisnopeus on verrannollinen juoksukanavan kavitaatiokertoimeen. Ominaisnopeuden kasvaessa myös juoksukanavan kavitaatiokerroin kasvaa ja kavitaation suorituskyky heikkenee. Yhdistettynä empiiriseen imukorkeuden laskelmaan ja vetoputken alipaineen laskelmaan vaarallisimmissa siirtymäprosessiolosuhteissa sekä ottaen huomioon, että maanrakennustöiden säästäminen on mahdollisimman vähäistä, laitteella on riittävä upotussyvyys yksikön turvallisen ja vakaan toiminnan varmistamiseksi.
Korkeapainepumpun turbiinin upotussyvyys määräytyy pumpputurbiinin kavitaation puuttumisen ja vesipatsaan erottumisen puuttumisen perusteella vetoputkessa erilaisten muutosten aikana. Pumppuvoimalaitoksissa pumpputurbiinien upotussyvyys on erittäin suuri, joten yksiköiden asennuskorkeus on alhainen. Kiinassa käyttöönotetuissa voimalaitoksissa, kuten Xilong Pondissa, käytettyjen korkeapaineyksiköiden imukorkeus on –75 m, kun taas useimpien 400–500 m vesipatsaan omaavien voimalaitosten imukorkeus on noin –70––80 m ja 700 m vesipatsaan imukorkeus on noin –100 m.
Pumpputurbiinin kuormituksen hylkäysprosessin aikana vesivasaravaikutus laskee merkittävästi imuputken keskipaineen. Kun juoksuputken nopeus kasvaa nopeasti kuormituksen hylkäyssiirtymäprosessin aikana, juoksuputken ulostulon ulkopuolelle ilmestyy voimakas pyörivä vesivirtaus, jolloin putken keskipaine on pienempi kuin ulkopuolinen paine. Vaikka putken keskipaine on edelleen suurempi kuin veden höyrystymispaine, paikallinen paine putken keskiosassa voi olla pienempi kuin veden höyrystymispaine, mikä aiheuttaa vesipatsaan erottumisen. Pumpputurbiinin siirtymäprosessin numeerisessa analyysissä voidaan antaa vain kunkin putkiosan keskimääräinen paine. Paikallinen painehäviö voidaan määrittää vain kuormituksen hylkäyssiirtymäprosessin täydellisen simulointitestin avulla, jotta vältetään vesipatsaan erottuminen imuputkessa.
Korkeapainepumpun turbiinin upotussyvyyden tulisi paitsi täyttää eroosionestovaatimukset, myös varmistaa, että vetoputkessa ei tapahdu vesipatsaan erottumista erilaisten siirtymäprosessien aikana. Erittäin korkeapainepumpun turbiini upottaa veden suurella syvyydellä välttääkseen vesipatsaan erottumisen siirtymäprosessin aikana ja varmistaakseen voimalaitoksen vedenottojärjestelmän ja yksiköiden turvallisuuden. Esimerkiksi Geyechuanin pumppuvoimalaitoksen vähimmäisupotussyvyys on 98 m ja Shenliuchuanin pumppuvoimalaitoksen vähimmäisupotussyvyys on 104 m. Jixin kotimaisen pumppuvoimalaitoksen syvyys on 85 m, Dunhuan 94 m, Changlongshanin 94 m ja Yangjiangin 100 m.
Saman pumpun turbiinin kavitaatiointensiteetti kasvaa, mitä kauemmas se poikkeaa optimaalisista toimintaolosuhteista. Suuren nostokorkeuden ja pienen virtauksen olosuhteissa useimmilla virtauslinjoilla on suuri positiivinen kohtauskulma, ja kavitaatiota esiintyy helposti lavan imupinnan negatiivisen paineen alueella. Pienen nostokorkeuden ja suuren virtauksen olosuhteissa lavan painepinnan negatiivinen kohtauskulma on suuri, mikä aiheuttaa helposti virtauksen erottumisen ja siten lavan painepinnan kavitaatioeroosiota. Yleisesti ottaen kavitaatiokerroin on suhteellisen suuri voimalaitoksilla, joilla on suuri paineenmuutosalue, ja pienempi asennuskorkeus voi täyttää vaatimuksen, ettei kavitaatiota tapahdu käytön aikana sekä pienellä että suurella nostokorkeudella. Siksi, jos vedenkorkeus vaihtelee suuresti, imukorkeus kasvaa vastaavasti olosuhteiden täyttämiseksi. Esimerkiksi QX:n upotussyvyys on –66 m ja MX:n 68 m. Koska MX:n vesikorkeusvaihtelu on suurempi, MX:n säätö ja takuu on vaikeampaa.
On raportoitu, että joissakin ulkomaisissa pumppausvoimalaitoksissa on esiintynyt vesipatsaan erottumista. Valmistaja suoritti täydellisen simulointimallin japanilaisen korkeapainepumpun turbiinin siirtymäprosessin testaamisen, ja vesipatsaan erottumisen ilmiötä tutkittiin perusteellisesti pumpputurbiinin asennuskorkeuden määrittämiseksi. Pumppuvoimalaitosten vaikein ongelma on järjestelmän turvallisuus. On varmistettava, että spiraalikotelon paineennousu ja jälkiveden alipaine ovat turvallisella alueella äärimmäisissä käyttöolosuhteissa ja että hydraulinen suorituskyky saavuttaa ensiluokkaisen tason, millä on suuri vaikutus upotussyvyyden valintaan.
Julkaisun aika: 23.11.2022
