La hauteur d'aspiration unitaire d'une centrale de pompage-turbinage aura un impact direct sur le système de dérivation et l'agencement de la centrale. Une faible profondeur d'excavation peut réduire les coûts de génie civil correspondants. Cependant, elle augmente également le risque de cavitation pendant le fonctionnement de la pompe ; la précision de l'estimation de l'altitude dès le début de l'installation de la centrale est donc primordiale. Lors des premières applications de la pompe-turbine, il a été constaté que la cavitation de la roue était plus importante en fonctionnement pompe qu'en fonctionnement turbine. Lors de la conception, il est généralement admis que si la cavitation est évitée en fonctionnement pompe, la turbine le sera également.
Le choix de la hauteur d'aspiration de la turbine d'une pompe à flux mixte fait principalement référence à deux principes :
Premièrement, cela doit être effectué conformément à la condition qu'il n'y ait pas de cavitation dans les conditions de fonctionnement de la pompe à eau ; Deuxièmement, la séparation de la colonne d'eau ne peut pas se produire dans l'ensemble du système de transport d'eau pendant le processus de transition du rejet de charge unitaire.
En général, la vitesse spécifique est proportionnelle au coefficient de cavitation de la roue. Plus la vitesse spécifique augmente, plus le coefficient de cavitation de la roue augmente, et moins les performances de cavitation diminuent. Compte tenu des valeurs empiriques de calcul de la hauteur d'aspiration et du degré de vide de l'aspirateur dans les conditions de transition les plus dangereuses, et afin de minimiser les travaux d'excavation, l'unité doit avoir une profondeur d'immersion suffisante pour assurer un fonctionnement sûr et stable.
La profondeur d'immersion de la turbine de pompage à haute chute est déterminée en fonction de l'absence de cavitation et de décollement de la colonne d'eau dans l'aspirateur lors des différents transitoires. La profondeur d'immersion des turbines de pompage des centrales de pompage-turbinage est très importante, ce qui explique leur faible altitude d'installation. La hauteur d'aspiration des turbines de pompage utilisées dans les centrales électriques mises en service en Chine, comme celle de Xilong Pond, est de – 75 m, tandis que la hauteur d'aspiration de la plupart des centrales avec une hauteur d'eau de 400 à 500 m est d'environ – 70 à – 80 m, et celle d'une hauteur d'aspiration de 700 m est d'environ – 100 m.
Lors du processus de délestage de la turbine de la pompe, l'effet de coup de bélier entraîne une chute significative de la pression moyenne dans l'aspirateur. Avec l'augmentation rapide de la vitesse de la roue pendant la transition de délestage, un fort écoulement d'eau rotatif apparaît à la sortie de la roue, ce qui réduit la pression centrale de la section à la pression extérieure. Bien que la pression moyenne de la section reste supérieure à la pression de vaporisation de l'eau, la pression locale au centre peut être inférieure à celle-ci, provoquant un décollement de la colonne d'eau. L'analyse numérique du processus de transition de la turbine de la pompe ne permet de fournir que la pression moyenne de chaque section de la conduite. Seul un essai de simulation complet du processus de transition de délestage permet de déterminer la chute de pression locale afin d'éviter le phénomène de décollement de la colonne d'eau dans l'aspirateur.
La profondeur d'immersion de la turbine de pompage à haute chute doit non seulement répondre aux exigences de lutte contre l'érosion, mais aussi garantir que l'aspirateur ne subisse aucun décollement de la colonne d'eau lors des différentes transitions. La turbine de pompage à très haute chute adopte une profondeur d'immersion importante afin d'éviter tout décollement de la colonne d'eau lors de la transition et de garantir la sécurité du système de dérivation et des unités de la centrale. Par exemple, la profondeur d'immersion minimale de la centrale de pompage-turbinage de Geyechuan est de – 98 m, celle de la centrale de pompage-turbinage de Shenliuchuan de – 104 m. Les centrales de pompage-turbinage de Jixi, de Dunhua, de Changlongshan et de Yangjiang sont de – 85 m.
Pour une même pompe-turbine, plus elle s'écarte de ses conditions de fonctionnement optimales, plus l'intensité de la cavitation est importante. En conditions de forte élévation et de faible débit, la plupart des conduites d'écoulement présentent un angle d'attaque positif important, ce qui favorise la cavitation dans la zone de dépression de la surface d'aspiration des pales. En conditions de faible élévation et de fort débit, l'angle d'attaque négatif de la surface d'aspiration des pales est important, ce qui favorise la séparation de l'écoulement et l'érosion par cavitation de la surface d'aspiration des pales. En général, le coefficient de cavitation est relativement élevé pour les centrales à grande plage de variation de hauteur de chute, et une altitude d'installation plus basse permet d'éviter la cavitation en fonctionnement à faible et forte élévation. Par conséquent, si la hauteur d'eau varie fortement, la hauteur d'aspiration augmentera en conséquence. Par exemple, la profondeur d'immersion de QX est de – 66 m et celle de MX de – 68 m. La variation de la hauteur d'eau de MX étant plus importante, il est plus difficile de réaliser le réglage et la garantie de MX.
Il a été signalé que certaines centrales de pompage-turbinage étrangères ont subi un décollement de la colonne d'eau. Un essai de simulation complet du processus de transition d'une turbine-pompe japonaise à haute chute a été réalisé chez le fabricant, et le phénomène de décollement de la colonne d'eau a été étudié en profondeur afin de déterminer la hauteur d'installation de la turbine-pompe. Le problème le plus difficile pour les centrales de pompage-turbinage est la sécurité du système. Il est nécessaire de garantir que la montée en pression du carter en spirale et la dépression de l'eau aval restent dans la plage de sécurité dans des conditions de fonctionnement extrêmes, et de garantir des performances hydrauliques optimales, ce qui a un impact majeur sur le choix de la profondeur d'immersion.
Date de publication : 23 novembre 2022
