Como uma fonte de energia renovável de resposta rápida, a energia hidrelétrica geralmente desempenha o papel de regulação de pico e frequência na rede elétrica, o que significa que as unidades hidrelétricas frequentemente precisam operar em condições que se desviam das condições de projeto. A análise de um grande número de dados de teste mostrou que, quando a turbina opera em condições fora do projeto, especialmente sob condições de carga parcial, ocorre uma forte pulsação de pressão no tubo de sucção da turbina. A baixa frequência dessa pulsação de pressão afeta negativamente a operação estável da turbina e a segurança da unidade e da oficina. Portanto, a pulsação de pressão no tubo de sucção tem sido amplamente discutida pela indústria e pela academia.
Desde que o problema da pulsação de pressão no tubo de sucção de uma turbina foi proposto pela primeira vez em 1940, a causa tem sido preocupante e discutida por muitos estudiosos. Atualmente, os estudiosos geralmente acreditam que a pulsação de pressão do tubo de sucção sob condições de carga parcial é causada pelo movimento do vórtice espiral no tubo de sucção; a existência do vórtice torna a distribuição de pressão na seção transversal do tubo de sucção desigual e, com a rotação da correia do vórtice, o campo de pressão assimétrico também está girando, fazendo com que a pressão mude periodicamente com o tempo, formando a pulsação de pressão. O vórtice helicoidal é causado pelo fluxo giratório na entrada do tubo de sucção sob condições de carga parcial (ou seja, há um componente tangencial da velocidade). O Bureau of Reclamation dos EUA conduziu um estudo experimental sobre o turbilhão no tubo de sucção e analisou a forma e o comportamento do vórtice sob diferentes graus de turbilhão. Os resultados mostram que somente quando o grau de turbilhão atinge um determinado nível, a faixa de vórtice espiral aparecerá no tubo de sucção. O vórtice helicoidal surge sob condições de carga parcial, portanto, somente quando a vazão relativa (Q/Qd, Qd sendo a vazão pontual de projeto) da turbina estiver entre 0,5 e 0,85, ocorrerá uma forte pulsação de pressão no tubo de sucção. A frequência do componente principal da pulsação de pressão induzida pela correia do vórtice é relativamente baixa, o que equivale a 0,2 a 0,4 vezes a frequência de rotação do rotor, e quanto menor o Q/Qd, maior a frequência da pulsação de pressão. Além disso, quando ocorre cavitação, as bolhas de ar geradas no vórtice aumentam o tamanho do vórtice e tornam a pulsação de pressão mais intensa, e a frequência da pulsação de pressão também muda.
Em condições de carga parcial, a pulsação de pressão no tubo de sucção pode representar uma grande ameaça à operação estável e segura da unidade hidrelétrica. Para suprimir essa pulsação de pressão, muitas ideias e métodos foram propostos, como a instalação de aletas na parede do tubo de sucção e a ventilação no tubo de sucção, duas medidas eficazes. Nishi et al. usaram métodos experimentais e numéricos para estudar o efeito das aletas na pulsação de pressão do tubo de sucção, incluindo os efeitos de diferentes tipos de aletas, os efeitos do número de aletas e suas posições de instalação. Os resultados mostram que a instalação de aletas pode reduzir significativamente a excentricidade do vórtice e reduzir a pulsação de pressão. Dmitry et al. também descobriram que a instalação de aletas pode reduzir a amplitude da pulsação de pressão em 30% a 40%. A ventilação do furo central do eixo principal para o tubo de sucção também é um método eficaz para suprimir a pulsação de pressão. O grau de excentricidade do vórtice. Além disso, Nishi et al. também tentou ventilar o tubo de tiragem através de pequenos orifícios na superfície da aleta e descobriu que esse método pode suprimir a pulsação de pressão e a quantidade de ar necessária é muito pequena quando a aleta não pode funcionar.
Horário da publicação: 09/08/2022
