En tant que source d'énergie renouvelable à réaction rapide, l'hydroélectricité joue généralement un rôle de régulation des pointes et de la fréquence du réseau électrique. Les centrales hydroélectriques doivent donc souvent fonctionner dans des conditions divergentes des conditions de conception. L'analyse d'un grand nombre de données d'essai a montré que lorsque la turbine fonctionne dans des conditions non prévues, notamment à charge partielle, de fortes pulsations de pression apparaissent dans l'aspirateur. La faible fréquence de ces pulsations compromet le fonctionnement stable de la turbine et la sécurité de l'unité et de l'atelier. Par conséquent, les pulsations de pression dans l'aspirateur suscitent de nombreuses inquiétudes au sein de l'industrie et du monde universitaire.
Depuis que le problème des pulsations de pression dans l'aspirateur d'une turbine a été évoqué pour la première fois en 1940, sa cause a suscité de nombreuses interrogations et discussions. Actuellement, les chercheurs pensent généralement que les pulsations de pression de l'aspirateur sous charge partielle sont dues au mouvement tourbillonnaire en spirale dans l'aspirateur. L'existence du tourbillon rend la répartition de la pression irrégulière sur la section de l'aspirateur. La rotation de la ceinture tourbillonnaire entraîne également une rotation du champ de pression asymétrique, ce qui entraîne des variations périodiques de pression, formant ainsi des pulsations de pression. Le tourbillon hélicoïdal est dû à l'écoulement tourbillonnaire à l'entrée de l'aspirateur sous charge partielle (c'est-à-dire qu'il existe une composante tangentielle de la vitesse). Le Bureau of Reclamation des États-Unis a mené une étude expérimentale sur le tourbillon dans l'aspirateur et a analysé sa forme et son comportement sous différents degrés de tourbillonnement. Les résultats montrent que ce n'est que lorsque le degré de tourbillonnement atteint un certain niveau que la bande tourbillonnaire en spirale apparaît dans l'aspirateur. Le tourbillon hélicoïdal apparaît sous charge partielle. Ainsi, une forte pulsation de pression dans l'aspirateur n'apparaît que lorsque le débit relatif (Q/Qd, Qd étant le débit nominal) de la turbine est compris entre 0,5 et 0,85. La fréquence de la composante principale de la pulsation de pression induite par la ceinture tourbillonnaire est relativement faible, soit 0,2 à 0,4 fois la fréquence de rotation de la roue. Plus le rapport Q/Qd est faible, plus la fréquence de la pulsation de pression est élevée. De plus, en cas de cavitation, les bulles d'air générées dans le tourbillon augmentent sa taille et accentuent la pulsation de pression, dont la fréquence varie également.
En charge partielle, les pulsations de pression dans l'aspirateur peuvent constituer une menace importante pour le fonctionnement stable et sûr de la centrale hydroélectrique. Afin de supprimer ces pulsations de pression, de nombreuses idées et méthodes ont été proposées, telles que l'installation d'ailettes sur la paroi de l'aspirateur et la ventilation dans l'aspirateur, deux mesures efficaces. Nishi et al. ont utilisé des méthodes expérimentales et numériques pour étudier l'effet des ailettes sur les pulsations de pression de l'aspirateur, notamment les effets de différents types d'ailettes, les effets de leur nombre et de leur position d'installation. Les résultats montrent que l'installation d'ailettes peut réduire considérablement l'excentricité du vortex et réduire les pulsations de pression. Dmitry et al. ont également constaté que l'installation d'ailettes peut réduire l'amplitude des pulsations de pression de 30 à 40 %. La ventilation depuis l'orifice central de l'arbre principal vers l'aspirateur est également une méthode efficace pour supprimer les pulsations de pression. Le degré d'excentricité du vortex. De plus, Nishi et al. J'ai également essayé de ventiler le tube d'aspiration à travers de petits trous à la surface de l'ailette et j'ai découvert que cette méthode peut supprimer la pulsation de pression et que la quantité d'air requise est très faible lorsque l'ailette ne peut pas fonctionner.
Date de publication : 09/08/2022
