Essendo una fonte di energia rinnovabile a risposta rapida, l'energia idroelettrica svolge solitamente il ruolo di regolazione dei picchi e della frequenza nella rete elettrica, il che significa che le unità idroelettriche devono spesso operare in condizioni che si discostano da quelle di progetto. Analizzando un gran numero di dati di prova, si evidenzia che quando la turbina funziona in condizioni non di progetto, soprattutto a carico parziale, si verificano forti pulsazioni di pressione nel tubo di aspirazione della turbina. La bassa frequenza di queste pulsazioni di pressione influisce negativamente sulla stabilità di funzionamento della turbina e sulla sicurezza dell'unità e dell'officina. Pertanto, le pulsazioni di pressione nel tubo di aspirazione sono state ampiamente oggetto di attenzione da parte dell'industria e del mondo accademico.
Da quando il problema della pulsazione di pressione nel tubo di aspirazione di una turbina fu proposto per la prima volta nel 1940, la causa è stata oggetto di studio e discussione da parte di molti studiosi. Attualmente, gli studiosi ritengono generalmente che la pulsazione di pressione del tubo di aspirazione in condizioni di carico parziale sia causata dal movimento vorticoso a spirale nel tubo di aspirazione; l'esistenza del vortice rende irregolare la distribuzione della pressione sulla sezione trasversale del tubo di aspirazione e, con la rotazione della cinghia di vortice, anche il campo di pressione asimmetrico ruota, causando variazioni periodiche della pressione nel tempo, formando pulsazioni di pressione. Il vortice elicoidale è causato dal flusso vorticoso all'ingresso del tubo di aspirazione in condizioni di carico parziale (ovvero, c'è una componente tangenziale della velocità). L'US Bureau of Reclamation ha condotto uno studio sperimentale sul vortice nel tubo di aspirazione e ne ha analizzato la forma e il comportamento a diversi gradi di vortice. I risultati mostrano che solo quando il grado di vortice raggiunge un certo livello, la banda di vortice a spirale compare nel tubo di aspirazione. Il vortice elicoidale si forma in condizioni di carico parziale, quindi solo quando la portata relativa (Q/Qd, dove Qd è la portata di progetto) della turbina è compresa tra 0,5 e 0,85, si generano forti pulsazioni di pressione nel tubo di aspirazione. La frequenza della componente principale della pulsazione di pressione indotta dalla cinghia dentata è relativamente bassa, pari a 0,2-0,4 volte la frequenza di rotazione della girante, e minore è il rapporto Q/Qd, maggiore è la frequenza delle pulsazioni di pressione. Inoltre, quando si verifica cavitazione, le bolle d'aria generate nel vortice ne aumentano le dimensioni e rendono più intensa la pulsazione di pressione, che a sua volta varia in frequenza.
In condizioni di carico parziale, la pulsazione di pressione nel tubo di aspirazione può rappresentare una grave minaccia per il funzionamento stabile e sicuro dell'impianto idroelettrico. Per sopprimere questa pulsazione di pressione, sono state proposte numerose idee e metodi, tra cui l'installazione di alette sulla parete del tubo di aspirazione e lo sfiato nel tubo di aspirazione, due misure efficaci. Nishi et al. hanno utilizzato metodi sperimentali e numerici per studiare l'effetto delle alette sulla pulsazione di pressione del tubo di aspirazione, inclusi gli effetti di diversi tipi di alette, gli effetti del numero di alette e la loro posizione di installazione. I risultati mostrano che l'installazione di alette può ridurre significativamente l'eccentricità del vortice e ridurre la pulsazione di pressione. Dmitry et al. hanno anche scoperto che l'installazione di alette può ridurre l'ampiezza della pulsazione di pressione dal 30% al 40%. Anche la ventilazione dal foro centrale dell'albero principale al tubo di aspirazione è un metodo efficace per sopprimere la pulsazione di pressione. Il grado di eccentricità del vortice. Inoltre, Nishi et al. hanno anche provato a ventilare il tubo di aspirazione attraverso piccoli fori sulla superficie dell'aletta e hanno scoperto che questo metodo può sopprimere la pulsazione di pressione e che la quantità di aria richiesta è molto piccola quando l'aletta non può funzionare.
Data di pubblicazione: 09-08-2022
