Als snel reagerende hernieuwbare energiebron vervult waterkracht doorgaans de rol van piek- en frequentieregeling in het elektriciteitsnet. Dit betekent dat waterkrachtcentrales vaak moeten werken onder omstandigheden die afwijken van de ontwerpcondities. Analyse van een groot aantal testgegevens toont aan dat wanneer de turbine werkt onder niet-ontwerpcondities, met name bij deellast, er sterke drukpulsaties in de trekbuis van de turbine zullen optreden. De lage frequentie van deze drukpulsaties zal de stabiele werking van de turbine en de veiligheid van de centrale en de werkplaats negatief beïnvloeden. Daarom is er binnen de industrie en de academische wereld veel bezorgdheid ontstaan over de drukpulsaties in de trekbuis.
Sinds het probleem van drukpulsatie in de trekbuis van een turbine voor het eerst werd geopperd in 1940, is de oorzaak ervan door veel wetenschappers besproken. Tegenwoordig wordt algemeen aangenomen dat de drukpulsatie in de trekbuis onder gedeeltelijke belasting wordt veroorzaakt door de spiraalvormige wervelbeweging in de trekbuis; het bestaan van de werveling zorgt voor een ongelijkmatige drukverdeling over de dwarsdoorsnede van de trekbuis, en met de rotatie van de wervelband roteert ook het asymmetrische drukveld, waardoor de druk periodiek in de tijd verandert en drukpulsatie ontstaat. De spiraalvormige werveling wordt veroorzaakt door de wervelende stroming bij de inlaat van de trekbuis onder gedeeltelijke belasting (d.w.z. er is een tangentiële component van de snelheid). Het Amerikaanse Bureau of Reclamation voerde een experimentele studie uit naar de werveling in de trekbuis en analyseerde de vorm en het gedrag van de werveling bij verschillende wervelgraden. De resultaten tonen aan dat de spiraalvormige wervelband alleen in de trekbuis zal verschijnen wanneer de wervelgraad een bepaald niveau bereikt. De spiraalvormige werveling treedt op onder gedeeltelijke belasting. Alleen wanneer de relatieve stroomsnelheid (Q/Qd, Qd is de ontwerpstroomsnelheid) van de turbine tussen 0,5 en 0,85 ligt, zullen er sterke drukpulsaties in de zuigbuis optreden. De frequentie van de hoofdcomponent van de drukpulsaties die door de wervelband wordt geïnduceerd, is relatief laag, wat overeenkomt met 0,2 tot 0,4 keer de rotatiefrequentie van de turbine. Hoe lager de Q/Qd, hoe hoger de frequentie van de drukpulsaties. Bovendien zullen, wanneer cavitatie optreedt, de luchtbellen die in de werveling ontstaan, de grootte van de werveling vergroten en de drukpulsaties intenser maken. Ook de frequentie van de drukpulsaties zal veranderen.
Onder deellastomstandigheden kunnen de drukpulsaties in de trekbuis een grote bedreiging vormen voor de stabiele en veilige werking van de waterkrachtcentrale. Om deze drukpulsaties te onderdrukken, zijn er veel ideeën en methoden voorgesteld, zoals het installeren van vinnen op de wand van de trekbuis en het ventileren in de trekbuis. Dit zijn twee effectieve maatregelen. Nishi et al. gebruikten experimentele en numerieke methoden om het effect van vinnen op de drukpulsaties in de trekbuis te bestuderen, inclusief de effecten van verschillende soorten vinnen, het aantal vinnen en hun installatieposities. De resultaten tonen aan dat de installatie van vinnen de excentriciteit van de werveling aanzienlijk kan verminderen en de drukpulsaties kan verminderen. Dmitry et al. ontdekten ook dat de installatie van vinnen de amplitude van de drukpulsaties met 30% tot 40% kan verminderen. Ventilatie vanuit het centrale gat in de hoofdschacht naar de trekbuis is ook een effectieve methode om drukpulsaties te onderdrukken. De mate van excentriciteit van de werveling. Daarnaast ontdekten Nishi et al. hebben ook geprobeerd de luchtslang te ventileren via kleine gaatjes in het oppervlak van de vin. Ze ontdekten dat ze met deze methode de drukpulsatie kunnen onderdrukken en dat de benodigde hoeveelheid lucht erg klein is als de vin niet kan functioneren.
Plaatsingstijd: 9 augustus 2022
