Som en hurtigresponsiv fornybar energikilde spiller vannkraft vanligvis rollen som toppregulering og frekvensregulering i strømnettet, noe som betyr at vannkraftenheter ofte må operere under forhold som avviker fra designforholdene. Ved å analysere et stort antall testdata påpekes det at når turbinen opererer under ikke-designforhold, spesielt under dellastforhold, vil det oppstå sterk trykkpulsering i turbinens sugerør. Den lave frekvensen av denne trykkpulseringen vil påvirke turbinens stabile drift og sikkerheten til enheten og verkstedet negativt. Derfor har trykkpulseringen i sugerøret vært mye bekymret av industrien og akademia.
Siden problemet med trykkpulsering i sugerøret til en turbin først ble foreslått i 1940, har årsaken vært bekymret og diskutert av mange forskere. For tiden tror forskere generelt at trykkpulseringen i sugerøret under delvise belastningsforhold er forårsaket av spiralvirvelbevegelsen i sugerøret. Virvelens eksistens gjør trykkfordelingen på tverrsnittet av sugerøret ujevn, og med rotasjonen av virvelbeltet roterer også det asymmetriske trykkfeltet, noe som fører til at trykket endres periodisk over tid og danner trykkpulsering. Den spiralformede virvelen er forårsaket av den virvlende strømmen ved sugerørets innløp under delvise belastningsforhold (dvs. det er en tangensiell hastighetskomponent). Det amerikanske byrået for gjenvinning utførte en eksperimentell studie av virvelen i sugerøret, og analyserte virvelformen og oppførselen under forskjellige virvelgrader. Resultatene viser at bare når virvelgraden når et visst nivå, vil det spiralformede virvelbåndet vises i sugerøret. Den spiralformede virvelen oppstår under delvise belastningsforhold, så bare når den relative strømningshastigheten (Q/Qd, Qd er designpunktstrømningshastigheten) for turbindriften er mellom 0,5 og 0,85, vil det oppstå kraftig trykkpulsering i sugerøret. Frekvensen til hovedkomponenten i trykkpulseringen indusert av virvelbeltet er relativt lav, noe som tilsvarer 0,2 til 0,4 ganger rotasjonsfrekvensen til løpehjulet, og jo mindre Q/Qd, desto høyere er trykkpulseringsfrekvensen. I tillegg, når kavitasjon oppstår, vil luftboblene som genereres i virvelen øke størrelsen på virvelen og gjøre trykkpulseringen mer intens, og frekvensen av trykkpulseringen vil også endres.
Under delvise belastningsforhold kan trykkpulseringen i trekkerøret utgjøre en stor trussel mot den stabile og sikre driften av vannkraftverket. For å undertrykke denne trykkpulseringen har det blitt foreslått mange ideer og metoder, som å installere finner på veggen av trekkerøret og lufting inn i trekkerøret, som er to effektive tiltak. Nishi et al. brukte eksperimentelle og numeriske metoder for å studere effekten av finner på trykkpulseringen i trekkerøret, inkludert effektene av forskjellige typer finner, effektene av antall finner og deres installasjonsposisjoner. Resultatene viser at installasjon av finner kan redusere eksentrisiteten til virvelen betydelig og redusere trykkpulseringen. Dmitry et al. fant også at installasjon av finner kan redusere amplituden til trykkpulseringen med 30 % til 40 %. Ventilasjon fra det sentrale hullet i hovedakselen til trekkerøret er også en effektiv metode for å undertrykke trykkpulsering. Graden av eksentrisitet til virvelen. I tillegg har Nishi et al. prøvde også å ventilere trekkrøret gjennom små hull på overflaten av finnen, og fant ut at denne metoden kan undertrykke trykkpulsasjonen og mengden luft som kreves er svært liten når finnen ikke kan fungere.
Publisert: 09.08.2022
