Vodná energia ako rýchlo reagujúci obnoviteľný zdroj energie zvyčajne zohráva úlohu regulácie špičkového výkonu a frekvencie v elektrickej sieti, čo znamená, že vodné elektrárne musia často pracovať za podmienok, ktoré sa odchyľujú od projektovaných. Analýzou veľkého množstva testovacích údajov sa ukázalo, že keď turbína pracuje za neprojektovaných podmienok, najmä pri čiastočnom zaťažení, v sacej rúre turbíny sa objavujú silné tlakové pulzácie. Nízka frekvencia týchto tlakových pulzácií nepriaznivo ovplyvní stabilnú prevádzku turbíny a bezpečnosť jednotky a dielne. Preto je tlaková pulzácia v sacej rúre predmetom rozsiahlych obáv v priemysle aj v akademickej obci.
Odkedy bol problém pulzácie tlaku v sacej rúre turbíny prvýkrát navrhnutý v roku 1940, táto príčina je predmetom záujmu a diskusií mnohých vedcov. V súčasnosti sa vedci všeobecne domnievajú, že pulzácia tlaku v sacej rúre pri čiastočnom zaťažení je spôsobená špirálovým vírovým pohybom v sacej rúre; existencia víru spôsobuje nerovnomerné rozloženie tlaku na prierez sacej rúry a s rotáciou vírového pásu sa otáča aj asymetrické tlakové pole, čo spôsobuje periodickú zmenu tlaku v priebehu času a vytvára pulzáciu tlaku. Špirálový vír je spôsobený vírivým prúdením na vstupe do sacej rúry pri čiastočnom zaťažení (t. j. existuje tangenciálna zložka rýchlosti). Americký úrad pre rekultiváciu vykonal experimentálnu štúdiu vírenia v sacej rúre a analyzoval tvar a správanie víru pri rôznych stupňoch vírenia. Výsledky ukazujú, že až keď stupeň vírenia dosiahne určitú úroveň, špirálový vírový pás sa v sacej rúre objaví. Špirálovitý vír sa objavuje pri čiastočnom zaťažení, takže iba vtedy, keď je relatívny prietok (Q/Qd, Qd je konštrukčný prietok) turbíny v rozmedzí 0,5 až 0,85, sa v sacej rúre objavia silné tlakové pulzácie. Frekvencia hlavnej zložky tlakových pulzácií vyvolaných vírovým pásom je relatívne nízka, čo zodpovedá 0,2 až 0,4-násobku rotačnej frekvencie obežného kolesa, a čím je Q/Qd menšie, tým vyššia je frekvencia tlakových pulzácií. Okrem toho, keď dôjde ku kavitácii, vzduchové bubliny generované vo víre zväčšia veľkosť víru a zosilnia tlakové pulzácie, pričom sa zmení aj frekvencia tlakových pulzácií.
Pri čiastočnom zaťažení môže pulzácia tlaku v sacej rúre predstavovať veľkú hrozbu pre stabilnú a bezpečnú prevádzku vodnej elektrárne. Na potlačenie tejto pulzácie tlaku bolo navrhnutých mnoho nápadov a metód, ako napríklad inštalácia rebier na stenu sacej rúry a odvetrávanie do sacej rúry, ktoré sú dvoma účinnými opatreniami. Nishi a kol. použili experimentálne a numerické metódy na štúdium vplyvu rebier na pulzáciu tlaku v sacej rúre, vrátane vplyvu rôznych typov rebier, vplyvu počtu rebier a ich montážnych polôh. Výsledky ukazujú, že inštalácia rebier môže výrazne znížiť excentricitu víru a znížiť pulzáciu tlaku. Dmitry a kol. tiež zistili, že inštalácia rebier môže znížiť amplitúdu pulzácie tlaku o 30 % až 40 %. Vetranie z centrálneho otvoru hlavného hriadeľa do sacej rúry je tiež účinnou metódou na potlačenie pulzácie tlaku. Stupeň excentricity víru. Okrem toho Nishi a kol. tiež sa pokúsil vetrať saciu trubicu cez malé otvory na povrchu plutvy a zistil, že táto metóda dokáže potlačiť pulzáciu tlaku a množstvo potrebného vzduchu je veľmi malé, keď plutva nemôže fungovať.
Čas uverejnenia: 9. augusta 2022
