Jako szybko reagujące odnawialne źródło energii, energia wodna zazwyczaj odgrywa rolę regulacji szczytowej i regulacji częstotliwości w sieci energetycznej, co oznacza, że jednostki hydroenergetyczne często muszą działać w warunkach odbiegających od warunków projektowych. Analizując dużą liczbę danych testowych, wskazano, że gdy turbina pracuje w warunkach niezgodnych z projektem, zwłaszcza w warunkach częściowego obciążenia, w rurze ssącej turbiny pojawią się silne pulsacje ciśnienia. Niska częstotliwość tych pulsacji ciśnienia będzie niekorzystnie wpływać na stabilną pracę turbiny oraz bezpieczeństwo jednostki i warsztatu. Dlatego pulsacja ciśnienia w rurze ssącej jest szeroko przedmiotem zainteresowania przemysłu i środowiska akademickiego.
Od czasu, gdy problem pulsacji ciśnienia w rurze ssącej turbiny został po raz pierwszy zaproponowany w 1940 r., przyczyna ta była przedmiotem zainteresowania i dyskusji wielu naukowców. Obecnie naukowcy ogólnie uważają, że pulsacja ciśnienia w rurze ssącej w warunkach częściowego obciążenia jest spowodowana spiralnym ruchem wirowym w rurze ssącej; istnienie wiru powoduje nierównomierny rozkład ciśnienia na przekroju poprzecznym rury ssącej, a wraz z obrotem pasa wirowego asymetryczne pole ciśnienia również się obraca, powodując okresowe zmiany ciśnienia w czasie, tworząc pulsację ciśnienia. Ślimakowy wir jest spowodowany wirującym przepływem na wlocie rury ssącej w warunkach częściowego obciążenia (tj. występuje styczna składowa prędkości). Amerykańskie Biuro Rekultywacji przeprowadziło badanie eksperymentalne dotyczące wiru w rurze ssącej i przeanalizowało kształt i zachowanie wiru przy różnych stopniach wirowania. Wyniki pokazują, że tylko wtedy, gdy stopień wirowania osiągnie pewien poziom, pasmo wiru spiralnego pojawi się w rurze ssącej. Wir śrubowy pojawia się w warunkach częściowego obciążenia, więc tylko wtedy, gdy względny przepływ (Q/Qd, Qd jest projektowym punktem przepływu) pracy turbiny wynosi od 0,5 do 0,85, w rurze ssącej pojawi się silna pulsacja ciśnienia. Częstotliwość głównego składnika pulsacji ciśnienia wywołanej przez pas wirowy jest stosunkowo niska, co odpowiada 0,2 do 0,4 razy częstotliwości obrotowej wirnika, a im mniejsze Q/Qd, tym wyższa częstotliwość pulsacji ciśnienia. Ponadto, gdy występuje kawitacja, pęcherzyki powietrza wytworzone w wirze zwiększą rozmiar wiru i sprawią, że pulsacja ciśnienia będzie intensywniejsza, a częstotliwość pulsacji ciśnienia również ulegnie zmianie.
W warunkach częściowego obciążenia pulsacja ciśnienia w rurze ssącej może stanowić duże zagrożenie dla stabilnej i bezpiecznej pracy jednostki hydroelektrycznej. Aby stłumić tę pulsację ciśnienia, zaproponowano wiele pomysłów i metod, takich jak instalowanie żeber na ścianie rury ssącej i odpowietrzanie do rury ssącej, co stanowi dwa skuteczne środki. Nishi i in. zastosowali metody eksperymentalne i numeryczne do zbadania wpływu żeber na pulsację ciśnienia rury ssącej, w tym wpływu różnych typów żeber, wpływu liczby żeber i ich pozycji montażowych. Wyniki pokazują, że montaż żeber może znacznie zmniejszyć mimośród wiru i zmniejszyć pulsację ciśnienia. Dmitry i in. stwierdzili również, że montaż żeber może zmniejszyć amplitudę pulsacji ciśnienia o 30% do 40%. Wentylacja z centralnego otworu wału głównego do rury ssącej jest również skuteczną metodą tłumienia pulsacji ciśnienia. Stopień mimośrodowości wiru. Ponadto Nishi i in. próbowali wentylować rurę ssącą przez małe otwory na powierzchni żebra i odkryli, że ta metoda pozwala tłumić pulsacje ciśnienia, a ilość wymaganego powietrza jest bardzo mała, gdy żebro nie może działać.
Czas publikacji: 09-08-2022
