A altura de sucção unitária da usina hidrelétrica reversível terá impacto direto no sistema de desvio e no layout da casa de força da usina, e a exigência de uma profundidade de escavação rasa pode reduzir o custo de construção civil correspondente da usina. No entanto, também aumentará o risco de cavitação durante a operação da bomba, portanto, a precisão da estimativa de elevação durante a instalação inicial da usina é muito importante. No processo inicial de aplicação da turbina-bomba, constatou-se que a cavitação do rotor sob a condição de operação da bomba era mais grave do que sob a condição de operação da turbina. No projeto, acredita-se geralmente que, se a cavitação sob a condição de operação da bomba for atendida, a condição de operação da turbina também será atendida.
A seleção da altura de sucção da turbina da bomba de fluxo misto refere-se principalmente a dois princípios:
Primeiro, deve ser realizado de acordo com a condição de que não haja cavitação sob a condição de trabalho da bomba de água; segundo, a separação da coluna de água não pode ocorrer em todo o sistema de transporte de água durante o processo de transição de rejeição de carga unitária.
Geralmente, a velocidade específica é proporcional ao coeficiente de cavitação do rotor. Com o aumento da velocidade específica, o coeficiente de cavitação do rotor também aumenta, e o desempenho da cavitação diminui. Combinando o valor de cálculo empírico da altura de sucção e o valor de cálculo do grau de vácuo do tubo de sucção sob as condições de processo de transição mais perigosas, e levando em consideração que, com a premissa de economizar o máximo possível na escavação civil, a unidade possui profundidade de submersão suficiente para garantir uma operação segura e estável.
A profundidade de submersão da turbina de bombeamento de alta pressão é determinada pela ausência de cavitação da turbina de bombeamento e pela ausência de separação da coluna d'água no tubo de sucção durante vários transientes. A profundidade de submersão das turbinas de bombeamento em usinas hidrelétricas reversíveis é muito grande, portanto, a elevação de instalação das unidades é baixa. A altura de sucção das unidades de alta pressão utilizadas em usinas hidrelétricas em operação na China, como a Lagoa Xilong, é de – 75 m, enquanto a altura de sucção da maioria das usinas com queda d'água de 400 a 500 m é de cerca de – 70 a – 80 m, e a altura de sucção de uma queda d'água de 700 m é de cerca de – 100 m.
Durante o processo de rejeição de carga da turbina da bomba, o efeito do golpe de aríete faz com que a pressão média da seção do tubo de sucção caia significativamente. Com o rápido aumento da velocidade do rotor durante o processo de transição de rejeição de carga, um forte fluxo de água rotativa surge fora da seção de saída do rotor, tornando a pressão central da seção menor que a pressão externa. Mesmo que a pressão média da seção ainda seja maior que a pressão de vaporização da água, a pressão local do centro pode ser menor que a pressão de vaporização da água, causando a separação da coluna d'água. Na análise numérica do processo de transição da turbina da bomba, apenas a pressão média de cada seção do tubo pode ser fornecida. Somente por meio do teste de simulação completo do processo de transição de rejeição de carga é que a queda de pressão local pode ser determinada para evitar o fenômeno de separação da coluna d'água no tubo de sucção.
A profundidade de submersão da turbina de bombeamento de alta pressão não deve apenas atender aos requisitos antierosão, mas também garantir que o tubo de sucção não sofra separação da coluna d'água durante os vários processos de transição. A turbina de bombeamento de alta pressão adota uma grande profundidade de submersão para evitar a separação da coluna d'água durante o processo de transição e garantir a segurança do sistema de desvio de água e das unidades da usina. Por exemplo, a profundidade mínima de submersão da Usina Hidrelétrica de Armazenamento Bombeado de Geyechuan é de -98 m, e a profundidade mínima de submersão da Usina Hidrelétrica de Armazenamento Bombeado de Shenliuchuan é de -104 m. A Usina Hidrelétrica de Armazenamento Bombeado de Jixi tem -85 m, Dunhua tem -94 m, Changlongshan tem -94 m e Yangjiang tem -100 m.
Para a mesma turbina-bomba, quanto mais se desvia da condição ideal de trabalho, maior a intensidade de cavitação que sofre. Em condições de trabalho de alta elevação e baixa vazão, a maioria das linhas de fluxo tem um grande ângulo de ataque positivo, e a cavitação é fácil de ocorrer na área de pressão negativa da superfície de sucção da pá; em condições de baixa elevação e alta vazão, o ângulo de ataque negativo da superfície de pressão da pá é grande, o que é fácil de causar a separação do fluxo, levando assim à erosão da superfície de pressão da pá. Geralmente, o coeficiente de cavitação é relativamente grande para usinas de energia com grande faixa de variação de carga, e a elevação mais baixa da instalação pode atender ao requisito de que não ocorrerá cavitação durante a operação em condições de baixa e alta elevação. Portanto, se a altura da água variar muito, a altura de sucção aumentará de acordo para atender às condições. Por exemplo, a profundidade de submersão de QX é de -66 m e MX -68 m. Como a variação da altura da água de MX é maior, é mais difícil realizar o ajuste e a garantia de MX.
Há relatos de que algumas usinas hidrelétricas reversíveis estrangeiras apresentaram separação da coluna d'água. O teste completo do modelo de simulação do processo de transição da turbina-bomba japonesa de alta pressão foi realizado no próprio fabricante, e o fenômeno da separação da coluna d'água foi estudado em profundidade para determinar a elevação de instalação da turbina-bomba. O problema mais complexo para usinas hidrelétricas reversíveis é a segurança do sistema. É necessário garantir que o aumento da pressão da caixa espiral e a pressão negativa da água residual estejam dentro da faixa de segurança em condições extremas de trabalho, e garantir que o desempenho hidráulico atinja o nível de primeira classe, o que tem um impacto maior na seleção da profundidade de submersão.
Horário da publicação: 23/11/2022
