Višina sesanja enote črpalne elektrarne bo neposredno vplivala na sistem preusmerjanja in postavitev strojnice elektrarne, zahteva po plitvi globini izkopa pa lahko zmanjša ustrezne stroške gradnje elektrarne; vendar bo povečala tudi tveganje kavitacije med delovanjem črpalke, zato je natančnost ocene višine med zgodnjo namestitvijo elektrarne zelo pomembna. V zgodnjem procesu uporabe črpalne turbine se je izkazalo, da je bila kavitacija rotorja med delovanjem črpalke resnejša kot med delovanjem turbine. Pri načrtovanju na splošno velja prepričanje, da če je mogoče izpolniti kavitacijo med delovanjem črpalke, je mogoče izpolniti tudi delovanje turbine.
Izbira sesalne višine turbine mešane črpalke se nanaša predvsem na dve načeli:
Prvič, izvesti ga je treba pod pogojem, da med delovanjem vodne črpalke ni kavitacije; drugič, med prehodnim procesom zavrnitve enote obremenitve ne sme priti do ločitve vodnega stolpca v celotnem sistemu za prenos vode.
Na splošno je specifična hitrost sorazmerna s koeficientom kavitacije tekača. Z naraščanjem specifične hitrosti se poveča tudi koeficient kavitacije tekača, kavitacijska zmogljivost pa se zmanjša. V kombinaciji z empirično izračunano vrednostjo višine sesanja in izračunano vrednostjo stopnje vakuuma v sesalni cevi v najnevarnejših pogojih prehodnega procesa ter ob upoštevanju, da je treba čim bolj prihraniti pri gradbenih izkopavanjih, zagotoviti zadostno globino potopitve enote, da se zagotovi varno in stabilno delovanje enote.
Globina potopitve visokotlačne črpalne turbine se določi glede na odsotnost kavitacije črpalne turbine in odsotnost ločevanja vodnega stolpca v sesalni cevi med različnimi prehodnimi pojavi. Globina potopitve črpalnih turbin v črpalnih elektrarnah je zelo velika, zato je višina namestitve enot nizka. Sesalna višina visokotlačnih enot, ki se uporabljajo v elektrarnah, ki so bile dane v obratovanje na Kitajskem, kot je ribnik Xilong, je –75 m, medtem ko je sesalna višina večine elektrarn s 400–500 m vodnega stolpca približno –70 do –80 m, sesalna višina 700 m vodnega stolpca pa približno –100 m.
Med procesom zavrnitve obremenitve črpalne turbine učinek vodnega udara znatno zmanjša povprečni tlak v odseku sesalne cevi. Z naglim povečanjem hitrosti tekača med procesom prehoda zavrnitve obremenitve se zunaj izstopnega odseka tekača pojavi močan vrteč se vodni tok, zaradi česar je sredinski tlak v odseku nižji od zunanjega tlaka. Čeprav je povprečni tlak v odseku še vedno večji od tlaka izparevanja vode, je lahko lokalni tlak v središču nižji od tlaka izparevanja vode, kar povzroči ločitev vodnega stolpca. Pri numerični analizi procesa prehoda črpalne turbine je mogoče podati le povprečni tlak vsakega odseka cevi. Le s popolnim simulacijskim testom procesa prehoda zavrnitve obremenitve je mogoče določiti lokalni padec tlaka, da se prepreči pojav ločitve vodnega stolpca v sesalni cevi.
Globina potopitve visokotlačne črpalne turbine ne sme izpolnjevati le zahtev glede protierozije, temveč mora tudi zagotavljati, da sesalna cev med različnimi prehodnimi procesi ne ločuje vodnega stolpca. Super visokotlačna črpalna turbina ima veliko globino potopitve, da se prepreči ločevanje vodnega stolpca med prehodnim procesom in zagotovi varnost sistema za preusmerjanje vode in enot elektrarne. Na primer, minimalna globina potopitve črpalne elektrarne Geyechuan je – 98 m, minimalna globina potopitve črpalne elektrarne Shenliuchuan pa – 104 m. Domača črpalna elektrarna Jixi je – 85 m, Dunhua – 94 m, Changlongshan – 94 m in Yangjiang – 100 m.
Pri isti črpalni turbini velja, da bolj ko odstopa od optimalnih delovnih pogojev, večja je intenzivnost kavitacije. V delovnih pogojih velikega vzgona in majhnega pretoka ima večina pretočnih vodov velik pozitiven napadalni kot, zato se kavitacija zlahka pojavi v območju negativnega tlaka sesalne površine lopatice. V pogojih nizkega vzgona in velikega pretoka je negativni napadalni kot tlačne površine lopatice velik, kar zlahka povzroči ločitev toka in s tem kavitacijsko erozijo tlačne površine lopatice. Na splošno je koeficient kavitacije za elektrarne z velikim območjem spremembe tlaka relativno velik, nižja višina namestitve pa lahko izpolni zahtevo, da med delovanjem pri nizkem in visokem vzgonu ne bo prišlo do kavitacije. Če se torej tlak vode močno spreminja, se višina sesanja ustrezno poveča, da se izpolnijo pogoji. Na primer, globina potopitve QX je –66 m, MX pa –68 m. Ker je nihanje tlaka vode MX večje, je težje doseči nastavitev in zagotoviti MX.
Poroča se, da so nekatere tuje črpalne elektrarne doživele ločitev vodnega stolpca. Proizvajalec je izvedel celoten simulacijski model prehodnega procesa japonske visokotlačne črpalne turbine in podrobno preučil pojav ločitve vodnega stolpca, da bi določil višino namestitve črpalne turbine. Najtežji problem črpalnih elektrarn je varnost sistema. Zagotoviti je treba, da sta dvig tlaka v spiralnem ohišju in negativni tlak vode na koncu v varnem območju v ekstremnih delovnih pogojih ter da hidravlična zmogljivost doseže prvovrstno raven, kar ima večji vpliv na izbiro globine potopitve.
Čas objave: 23. november 2022
