Kesan penambahan sirip pada dinding tiub draf pada denyutan tekanan turbin Francis

Sebagai sumber tenaga boleh diperbaharui tindak balas pantas, kuasa hidro biasanya memainkan peranan pengawalan puncak dan peraturan frekuensi dalam grid kuasa, yang bermaksud bahawa unit kuasa hidro selalunya perlu beroperasi di bawah keadaan yang menyimpang daripada keadaan reka bentuk. Dengan menganalisis sejumlah besar data ujian, ia menunjukkan bahawa apabila turbin berfungsi di bawah keadaan bukan reka bentuk, terutamanya di bawah keadaan beban separa, denyutan tekanan yang kuat akan muncul dalam tiub draf turbin. Frekuensi rendah denyutan tekanan ini akan menjejaskan operasi stabil turbin dan keselamatan unit dan bengkel. Oleh itu, denyutan tekanan tiub draf telah dibimbangkan secara meluas oleh industri dan ahli akademik.

Sejak masalah denyutan tekanan dalam tiub draf turbin pertama kali dicadangkan pada tahun 1940, puncanya telah dibimbangkan dan dibincangkan oleh ramai sarjana. Pada masa ini, sarjana umumnya percaya bahawa denyutan tekanan tiub draf di bawah keadaan beban separa disebabkan oleh pergerakan pusaran lingkaran dalam tiub draf; kewujudan pusaran menjadikan pengagihan tekanan pada keratan rentas tiub draf tidak sekata, dan dengan putaran tali pinggang vorteks, medan tekanan asimetri juga berputar, menyebabkan tekanan berubah secara berkala dengan masa, membentuk denyutan tekanan. Pusaran heliks disebabkan oleh aliran berpusar pada saluran masuk tiub draf di bawah keadaan beban separa (iaitu, terdapat komponen tangen halaju). Biro Penambakan AS menjalankan kajian eksperimen tentang pusaran dalam tiub draf, dan menganalisis bentuk dan tingkah laku pusaran di bawah darjah pusaran yang berbeza. Keputusan menunjukkan bahawa hanya apabila tahap pusaran mencapai tahap tertentu, jalur pusaran lingkaran akan muncul dalam tiub draf. Pusaran heliks muncul di bawah keadaan beban separa, jadi hanya apabila kadar aliran relatif (Q/Qd, Qd ialah kadar aliran titik reka bentuk) operasi turbin adalah antara 0.5 dan 0.85, denyutan tekanan yang teruk akan muncul dalam tiub draf. Kekerapan komponen utama denyutan tekanan yang disebabkan oleh tali pinggang vorteks adalah agak rendah, iaitu bersamaan dengan 0.2 hingga 0.4 kali kekerapan putaran pelari, dan semakin kecil Q/Qd, semakin tinggi frekuensi denyutan tekanan. Di samping itu, apabila peronggaan berlaku, gelembung udara yang dihasilkan dalam pusaran akan meningkatkan saiz pusaran dan menjadikan denyutan tekanan lebih kuat, dan kekerapan denyutan tekanan juga akan berubah.
Di bawah keadaan beban separa, denyutan tekanan dalam tiub draf boleh menimbulkan ancaman besar kepada operasi unit hidroelektrik yang stabil dan selamat. Untuk menyekat denyutan tekanan ini, banyak idea dan kaedah telah dicadangkan, seperti memasang sirip pada dinding tiub draf dan melepaskan ke dalam tiub draf adalah dua langkah yang berkesan. Nishi et al. menggunakan kaedah eksperimen dan berangka untuk mengkaji kesan sirip pada denyutan tekanan tiub draf, termasuk kesan pelbagai jenis sirip, kesan bilangan sirip dan kedudukan pemasangannya. Keputusan menunjukkan bahawa pemasangan sirip boleh mengurangkan kesipian pusaran dan mengurangkan denyutan tekanan. Dmitry et al juga mendapati bahawa pemasangan sirip boleh mengurangkan amplitud denyutan tekanan sebanyak 30% hingga 40%. Pengudaraan dari lubang tengah aci utama ke tiub draf juga merupakan kaedah yang berkesan untuk menyekat denyutan tekanan. Tahap kesipian pusaran. Di samping itu, Nishi et al. juga cuba mengalihkan tiub draf melalui lubang-lubang kecil pada permukaan sirip, dan mendapati kaedah ini dapat menekan denyutan tekanan dan jumlah udara yang diperlukan adalah sangat kecil apabila sirip tidak dapat berfungsi.