Výška nasávania prečerpávacej elektrárne bude mať priamy vplyv na systém odvádzania vody a usporiadanie strojovne elektrárne a požiadavka na malú hĺbku výkopu môže znížiť zodpovedajúce stavebné náklady elektrárne. Zvýši však aj riziko kavitácie počas prevádzky čerpadla, takže presnosť odhadu výšky počas skorej inštalácie elektrárne je veľmi dôležitá. V počiatočnom procese aplikácie čerpacej turbíny sa zistilo, že kavitácia obežného kolesa za prevádzkových podmienok čerpadla bola závažnejšia ako za prevádzkových podmienok turbíny. Pri návrhu sa všeobecne predpokladá, že ak je možné splniť kavitáciu za prevádzkových podmienok čerpadla, je možné splniť aj prevádzkové podmienky turbíny.
Výber sacej výšky turbíny čerpadla so zmiešaným prietokom sa vzťahuje najmä na dva princípy:
Po prvé, musí sa vykonať za podmienky, že počas prevádzkových podmienok vodného čerpadla nedochádza ku kavitácii; po druhé, počas prechodového procesu odmietania jednotkového zaťaženia nemôže v celom systéme prepravy vody dôjsť k oddeleniu vodného stĺpca.
Vo všeobecnosti je špecifická rýchlosť úmerná kavitačnému koeficientu obežného kolesa. So zvyšujúcou sa špecifickou rýchlosťou sa zvyšuje aj kavitačný koeficient obežného kolesa a znižuje sa kavitačný výkon. V kombinácii s empirickou výpočtovou hodnotou sacej výšky a výpočtovou hodnotou stupňa vákua v sacej rúre za najnebezpečnejších podmienok prechodného procesu a berúc do úvahy, že za predpokladu čo najväčšej úspory stavebných prác má jednotka dostatočnú hĺbku ponoru na zabezpečenie bezpečnej a stabilnej prevádzky jednotky.
Hĺbka ponoru vysokotlakovej čerpacej turbíny sa určuje podľa absencie kavitácie čerpacej turbíny a absencie oddeľovania vodného stĺpca v sacej rúre počas rôznych prechodových javov. Hĺbka ponoru čerpacích turbín v prečerpávacích elektrárňach je veľmi veľká, takže inštalačná výška jednotiek je nízka. Sacia výška vysokotlakových jednotiek používaných v elektrárňach, ktoré boli uvedené do prevádzky v Číne, ako napríklad Xilong Pond, je –75 m, zatiaľ čo sacia výška väčšiny elektrární s vodným spádom 400 – 500 m je približne –70 až –80 m a sacia výška pri vodnom spáde 700 m je približne –100 m.
Počas procesu odmietnutia záťaže turbínou čerpadla spôsobuje efekt vodného rázu výrazný pokles priemerného tlaku v časti sacej trubice. S rýchlym nárastom rýchlosti otáčania obežného kolesa počas procesu prechodu odmietnutia záťaže sa mimo výstupnej časti obežného kolesa objaví silný rotujúci prúd vody, čím sa tlak v strede sekcie zníži ako vonkajší tlak. Aj keď je priemerný tlak v sekcii stále vyšší ako tlak odparovania vody, lokálny tlak v strede môže byť nižší ako tlak odparovania vody, čo spôsobuje odlúčenie vodného stĺpca. Pri numerickej analýze procesu prechodu turbíny čerpadla je možné určiť iba priemerný tlak v každej sekcii potrubia. Iba prostredníctvom úplného simulačného testu procesu prechodu odmietnutia záťaže je možné určiť lokálny pokles tlaku, aby sa predišlo javu odlúčenia vodného stĺpca v sacej trubici.
Hĺbka ponoru vysokotlakovej čerpacej turbíny by mala nielen spĺňať požiadavky na ochranu pred eróziou, ale aj zabezpečiť, aby sací potrubie počas rôznych prechodných procesov neoddeľovalo od vodného stĺpca. Veľmi vysokotlaková čerpacia turbína využíva veľkú hĺbku ponoru, aby sa zabránilo oddeľovaniu vodného stĺpca počas prechodného procesu a zabezpečila sa bezpečnosť systému odvádzania vody a jednotiek elektrárne. Napríklad minimálna hĺbka ponoru prečerpávacej elektrárne Geyechuan je – 98 m a minimálna hĺbka ponoru prečerpávacej elektrárne Shenliuchuan je – 104 m. Domáca prečerpávacia elektráreň Jixi je – 85 m, Dunhua – 94 m, Changlongshan – 94 m a Yangjiang – 100 m.
Pre tú istú čerpaciu turbínu platí, že čím ďalej sa odchyľuje od optimálnych prevádzkových podmienok, tým väčšia je intenzita kavitácie. Za prevádzkových podmienok vysokého vztlaku a malého prietoku má väčšina prietokových potrubí veľký kladný uhol nábehu a kavitácia sa ľahko vyskytuje v oblasti podtlaku sacej plochy lopatky. Za podmienok nízkeho vztlaku a veľkého prietoku je záporný uhol nábehu prítlačnej plochy lopatky veľký, čo ľahko spôsobuje oddelenie prúdenia, čo vedie ku kavitačnej erózii prítlačnej plochy lopatky. Vo všeobecnosti je koeficient kavitácie relatívne veľký pre elektráreň s veľkým rozsahom zmeny tlaku a nižšia inštalačná výška môže splniť požiadavku, aby sa počas prevádzky pri nízkom a vysokom vztlaku nevyskytovala kavitácia. Preto, ak sa tlak vody výrazne mení, sacia výška sa zodpovedajúcim spôsobom zvýši, aby sa splnili podmienky. Napríklad hĺbka ponoru QX je – 66 m a MX – 68 m. Pretože je kolísanie tlaku vody MX väčšie, je ťažšie dosiahnuť nastavenie a zaručiť MX.
Uvádza sa, že v niektorých zahraničných prečerpávacích elektrárňach došlo k odlúčeniu vodného stĺpca. Výrobca vykonal kompletný simulačný modelový test prechodového procesu japonskej vysokotlakovej čerpacej turbíny a podrobne študoval jav odlúčenia vodného stĺpca s cieľom určiť inštalačnú výšku čerpacej turbíny. Najťažším problémom pre prečerpávacie elektrárne je bezpečnosť systému. Je potrebné zabezpečiť, aby nárast tlaku v špirálovom telese a podtlak vody na konci boli v bezpečnom rozsahu aj za extrémnych prevádzkových podmienok a aby hydraulický výkon dosiahol prvotriednu úroveň, čo má väčší vplyv na výber hĺbky ponoru.
Čas uverejnenia: 23. novembra 2022
