Ca sursă de energie regenerabilă cu răspuns rapid, energia hidroelectrică joacă de obicei rolul de reglare a vârfurilor și de reglare a frecvenței în rețeaua electrică, ceea ce înseamnă că unitățile hidroelectrice trebuie adesea să funcționeze în condiții care se abat de la cele de proiectare. Analizând un număr mare de date de testare, se subliniază faptul că atunci când turbina funcționează în condiții neconforme cu proiectarea, în special în condiții de sarcină parțială, vor apărea pulsații puternice de presiune în tubul de tiraj al turbinei. Frecvența scăzută a acestor pulsații de presiune va afecta negativ funcționarea stabilă a turbinei și siguranța unității și a atelierului. Prin urmare, pulsațiile de presiune ale tubului de tiraj au fost luate în considerare pe scară largă de către industrie și mediul academic.
De când problema pulsațiilor de presiune în tubul de tiraj al unei turbine a fost propusă pentru prima dată în 1940, cauza acesteia a fost abordată și discutată de mulți cercetători. În prezent, cercetătorii consideră, în general, că pulsațiile de presiune ale tubului de tiraj în condiții de sarcină parțială sunt cauzate de mișcarea vortex spiralată în tubul de tiraj; existența vortexului face ca distribuția presiunii pe secțiunea transversală a tubului de tiraj să fie inegală, iar odată cu rotirea benzii vortex, câmpul de presiune asimetric se rotește și el, determinând schimbarea periodică a presiunii în timp, formând pulsații de presiune. Vortexul elicoidal este cauzat de fluxul turbionar la intrarea în tubul de tiraj în condiții de sarcină parțială (adică există o componentă tangențială a vitezei). Biroul de Recuperare a Deșeurilor din SUA a efectuat un studiu experimental asupra turbionarului în tubul de tiraj și a analizat forma și comportamentul vortexului sub diferite grade de turbionare. Rezultatele arată că numai atunci când gradul de turbionare atinge un anumit nivel, banda vortex spiralată va apărea în tubul de tiraj. Vortexul elicoidal apare în condiții de sarcină parțială, așadar numai atunci când debitul relativ (Q/Qd, Qd fiind debitul punctului de proiectare) al funcționării turbinei este între 0,5 și 0,85, vor apărea pulsații de presiune severe în tubul de tiraj. Frecvența componentei principale a pulsațiilor de presiune induse de banda vortex este relativ scăzută, ceea ce este echivalent cu 0,2 până la 0,4 ori frecvența de rotație a rotorului, iar cu cât Q/Qd este mai mic, cu atât frecvența pulsațiilor de presiune este mai mare. În plus, atunci când apare cavitația, bulele de aer generate în vortex vor crește dimensiunea vortexului și vor face pulsațiile de presiune mai intense, iar frecvența pulsațiilor de presiune se va schimba și ea.
În condiții de sarcină parțială, pulsațiile de presiune din tubul de tiraj pot reprezenta o mare amenințare pentru funcționarea stabilă și sigură a unității hidroelectrice. Pentru a suprima aceste pulsații de presiune, au fost propuse numeroase idei și metode, cum ar fi instalarea de aripioare pe peretele tubului de tiraj și ventilația în tubul de tiraj, fiind două măsuri eficiente. Nishi și colab. au utilizat metode experimentale și numerice pentru a studia efectul aripioarelor asupra pulsațiilor de presiune ale tubului de tiraj, inclusiv efectele diferitelor tipuri de aripioare, efectele numărului de aripioare și pozițiile lor de instalare. Rezultatele arată că instalarea aripioarelor poate reduce semnificativ excentricitatea vortexului și poate reduce pulsațiile de presiune. Dmitry și colab. au descoperit, de asemenea, că instalarea aripioarelor poate reduce amplitudinea pulsațiilor de presiune cu 30% până la 40%. Ventilația din orificiul central al arborelui principal către tubul de tiraj este, de asemenea, o metodă eficientă de a suprima pulsațiile de presiune. Gradul de excentricitate al vortexului. În plus, Nishi și colab. s-a încercat, de asemenea, să ventileze tubul de tiraj prin mici găuri de pe suprafața aripioarei și s-a constatat că această metodă poate suprima pulsațiile de presiune, iar cantitatea de aer necesară este foarte mică atunci când aripioarele nu pot funcționa.
Data publicării: 09 august 2022
