השפעת הוספת סנפירים לדופן צינור השאיבה על פעימות הלחץ של טורבינת פרנסיס

כמקור אנרגיה מתחדשת בעל תגובה מהירה, אנרגיה הידרואלקטרית ממלאת בדרך כלל את התפקיד של ויסות שיא וויסות תדירות ברשת החשמל, מה שאומר שיחידות אנרגיה הידרואלקטרית צריכות לפעול לעתים קרובות בתנאים הסותרים מתנאי התכנון. על ידי ניתוח מספר רב של נתוני בדיקה, צוין כי כאשר הטורבינה פועלת בתנאים שאינם מתוכננים, במיוחד בתנאי עומס חלקי, יופיעו פעימות לחץ חזקות בצינור השאיבה של הטורבינה. ​​התדירות הנמוכה של פעימות לחץ אלו תשפיע לרעה על הפעולה היציבה של הטורבינה ועל בטיחות היחידה והסדנה. לכן, פעימות הלחץ של צינור השאיבה עוררו דאגה רבה בקרב התעשייה והאקדמיה.

מאז שהוצעה לראשונה בעיית פעימות הלחץ בצינור הזרימה של טורבינה בשנת 1940, הסיבה לכך נדונה ומודאגת על ידי חוקרים רבים. כיום, חוקרים סבורים בדרך כלל כי פעימות הלחץ של צינור הזרימה בתנאי עומס חלקי נגרמות מתנועת מערבולת ספירלית בצינור הזרימה; קיומה של המערבולת גורם לפיזור הלחץ על חתך צינור הזרימה להיות לא אחיד, ועם סיבוב רצועת המערבולת, שדה הלחץ האסימטרי מסתובב גם הוא, מה שגורם ללחץ להשתנות מעת לעת עם הזמן, ויוצר פעימות לחץ. המערבולת הסלילית נגרמת על ידי הזרימה המסתחררת בפתח צינור הזרימה בתנאי עומס חלקי (כלומר, קיים רכיב משיקי של מהירות). הלשכה האמריקאית לטיפוח ערכה מחקר ניסיוני על המערבולת בצינור הזרימה, וניתחה את צורת המערבולת והתנהגותה בדרגות מערבולת שונות. התוצאות מראות שרק כאשר דרגת המערבולת מגיעה לרמה מסוימת, רצועת מערבולת ספירלית תופיע בצינור הזרימה. מערבולת הסליל מופיעה בתנאי עומס חלקי, כך שרק כאשר קצב הזרימה היחסי (Q/Qd, Qd הוא קצב הזרימה הנקודתי המתוכנן) של פעולת הטורבינה הוא בין 0.5 ל-0.85, יופיעו פעימות לחץ חמורות בצינור הזרימה. תדירות הרכיב העיקרי של פעימות הלחץ המושרות על ידי רצועת המערבולת נמוכה יחסית, השווה ל-0.2 עד 0.4 פעמים תדירות הסיבוב של הרץ, וככל ש-Q/Qd קטן יותר, כך תדירות פעימות הלחץ גבוהה יותר. בנוסף, כאשר מתרחשת קוויטציה, בועות האוויר הנוצרות במערבולת יגדילו את גודל המערבולת ויהפכו את פעימות הלחץ לעוצמתיות יותר, וגם תדירות פעימות הלחץ תשתנה.
בתנאי עומס חלקי, פעימות הלחץ בצינור השאיפה יכולות להוות איום גדול על הפעולה היציבה והבטוחה של היחידה ההידרואלקטרית. על מנת לדכא פעימות לחץ אלו, הוצעו רעיונות ושיטות רבים, כגון התקנת סנפירים על דופן צינור השאיפה ואוורור לתוך צינור השאיפה, שהם שני אמצעים יעילים. נישי ועמיתיו השתמשו בשיטות ניסיוניות ומספריות כדי לחקור את השפעת הסנפירים על פעימות הלחץ של צינור השאיפה, כולל השפעות של סוגים שונים של סנפירים, השפעות מספר הסנפירים ומיקומי ההתקנה שלהם. התוצאות מראות כי התקנת סנפירים יכולה להפחית משמעותית את האקסצנטריות של המערבולת ולהפחית את פעימות הלחץ. דמיטרי ועמיתיו מצאו גם כי התקנת סנפירים יכולה להפחית את משרעת פעימות הלחץ ב-30% עד 40%. אוורור מהחור המרכזי של הפיר הראשי לצינור השאיפה הוא גם שיטה יעילה לדיכוי פעימות לחץ. מידת האקסצנטריות של המערבולת. בנוסף, נישי ועמיתיו... ניסו גם לאוורר את צינור השאיבה דרך חורים קטנים על פני הסנפיר, ומצאו ששיטה זו יכולה לדכא את פעימות הלחץ וכמות האוויר הנדרשת קטנה מאוד כאשר הסנפיר אינו יכול לתפקד.