빠른 응답 속도를 자랑하는 재생에너지원인 수력발전은 일반적으로 전력망에서 피크 조절 및 주파수 조절 역할을 합니다. 이는 수력발전 유닛이 설계 조건을 벗어나는 조건에서 운전되어야 하는 경우가 많다는 것을 의미합니다. 다수의 시험 데이터를 분석한 결과, 터빈이 설계 외 조건, 특히 부분 부하 조건에서 작동할 때 터빈 흡출관에 강한 압력 맥동이 발생한다는 사실이 밝혀졌습니다. 이러한 압력 맥동의 낮은 주파수는 터빈의 안정적인 운전과 유닛 및 작업장의 안전에 악영향을 미칩니다. 따라서 흡출관의 압력 맥동은 업계와 학계에서 널리 우려되어 왔습니다.
1940년 터빈의 흡출관에서 발생하는 압력 맥동 문제가 처음 제기된 이후, 많은 학자들이 이 문제에 관심을 갖고 논의해 왔습니다. 현재 학자들은 일반적으로 부분 부하 조건에서 흡출관의 압력 맥동은 흡출관 내의 나선형 와류 운동으로 인해 발생한다고 생각합니다. 와류의 존재는 흡출관 단면의 압력 분포를 불균일하게 만들고, 와류대가 회전함에 따라 비대칭 압력장도 회전하여 시간에 따라 압력이 주기적으로 변하여 압력 맥동을 형성합니다. 나선형 와류는 부분 부하 조건에서 흡출관 입구의 소용돌이 흐름(즉, 속도의 접선 성분이 있음)으로 인해 발생합니다. 미국 국토개발국(US Reclamation Bureau)은 흡출관의 와류에 대한 실험적 연구를 수행하여 다양한 와류 정도에서 와류의 모양과 거동을 분석했습니다. 그 결과, 와류 정도가 일정 수준에 도달해야만 흡출관에 나선형 와류 띠가 나타납니다. 나선형 와류는 부분 부하 조건에서 나타나므로 터빈 운전의 상대 유량(Q/Qd, Qd는 설계점 유량)이 0.5~0.85 사이일 때만 흡출관에 심한 압력 맥동이 발생합니다. 와류 벨트에 의해 유도되는 압력 맥동의 주성분의 주파수는 비교적 낮아 러너 회전 주파수의 0.2~0.4배에 해당하며, Q/Qd가 작을수록 압력 맥동 주파수가 높아집니다. 또한 캐비테이션이 발생하면 와류 내에 생성된 기포가 와류의 크기를 증가시켜 압력 맥동을 더욱 강하게 만들고, 압력 맥동의 주파수도 변합니다.
부분 부하 조건에서 흡출관의 압력 맥동은 수력 발전 장치의 안정적이고 안전한 작동에 큰 위협이 될 수 있습니다. 이 압력 맥동을 억제하기 위해 흡출관 벽에 핀을 설치하고 흡출관으로 환기하는 것과 같은 많은 아이디어와 방법이 제안되었습니다. 이는 두 가지 효과적인 조치입니다. Nishi 등은 실험적 및 수치적 방법을 사용하여 다양한 유형의 핀, 핀 수 및 설치 위치의 영향을 포함하여 흡출관의 압력 맥동에 대한 핀의 영향을 연구했습니다. 결과는 핀을 설치하면 와류의 편심과 압력 맥동을 크게 줄일 수 있음을 보여줍니다. Dmitry 등은 또한 핀을 설치하면 압력 맥동의 진폭을 30%~40% 줄일 수 있음을 발견했습니다. 메인 샤프트의 중앙 구멍에서 흡출관으로 환기하는 것도 압력 맥동을 억제하는 효과적인 방법입니다. 와류의 편심 정도. 또한, 니시 등은 핀 표면에 작은 구멍을 뚫어 흡인관을 환기하는 방법을 시도하였고, 이 방법을 통해 압력 맥동을 억제할 수 있으며, 핀이 기능하지 않을 때 필요한 공기량이 매우 적다는 것을 확인하였다.
게시 시간: 2022년 8월 9일
