Som en snabbreagerande förnybar energikälla spelar vattenkraft vanligtvis rollen för toppreglering och frekvensreglering i elnätet, vilket innebär att vattenkraftenheter ofta behöver arbeta under förhållanden som avviker från de konstruktionsmässiga förhållandena. Genom att analysera ett stort antal testdata har det påpekats att när turbinen arbetar under andra förhållanden än de konstruktionsmässiga, särskilt under delbelastningsförhållanden, kommer starka tryckpulsationer att uppstå i turbinens dragrör. Den låga frekvensen av denna tryckpulsation kommer att påverka turbinens stabila drift och enhetens och verkstadens säkerhet negativt. Därför har tryckpulsationerna i dragröret varit föremål för stor uppmärksamhet från industrin och den akademiska världen.
Sedan problemet med tryckpulsering i en turbins dragrör först föreslogs 1940 har orsaken diskuterats och oroats av många forskare. För närvarande tror forskare generellt att tryckpulseringen i dragröret under delbelastning orsakas av den spiralformade virvelrörelsen i dragröret. Virvelns närvaro gör att tryckfördelningen över dragrörets tvärsnitt blir ojämn, och med virvelbältets rotation roterar även det asymmetriska tryckfältet, vilket gör att trycket ändras periodiskt med tiden och bildar tryckpulsering. Den spiralformade virveln orsakas av det virvlande flödet vid dragrörets inlopp under delbelastning (dvs. det finns en tangentiell hastighetskomponent). US Bureau of Reclamation genomförde en experimentell studie av virveln i dragröret och analyserade virvelns form och beteende under olika virvelgrader. Resultaten visar att endast när virvelgraden når en viss nivå kommer ett spiralformat virvelband att uppstå i dragröret. Den spiralformade virveln uppstår under delbelastningsförhållanden, så endast när det relativa flödet (Q/Qd, Qd är designpunktflödet) för turbindriften är mellan 0,5 och 0,85, kommer kraftig tryckpulsation att uppstå i dragröret. Frekvensen för huvudkomponenten i tryckpulsationen som induceras av virvelbältet är relativt låg, vilket motsvarar 0,2 till 0,4 gånger rotationsfrekvensen för löpröret, och ju mindre Q/Qd, desto högre tryckpulsationsfrekvens. Dessutom, när kavitation uppstår, kommer luftbubblor som genereras i virveln att öka virvelns storlek och göra tryckpulsationen mer intensiv, och frekvensen för tryckpulsationen kommer också att förändras.
Under delbelastningsförhållanden kan tryckpulsationen i dragröret utgöra ett stort hot mot vattenkraftverkets stabila och säkra drift. För att undertrycka denna tryckpulsation har många idéer och metoder föreslagits, såsom att installera fenor på dragrörets vägg och ventilation i dragröret, vilket är två effektiva åtgärder. Nishi et al. använde experimentella och numeriska metoder för att studera effekten av fenor på dragrörets tryckpulsation, inklusive effekterna av olika typer av fenor, effekterna av antalet fenor och deras installationspositioner. Resultaten visar att installation av fenor kan minska virvelns excentricitet avsevärt och minska tryckpulsationen. Dmitry et al. fann också att installation av fenor kan minska amplituden av tryckpulsationen med 30 % till 40 %. Ventilation från huvudaxelns centrala hål till dragröret är också en effektiv metod för att undertrycka tryckpulsation. Graden av excentricitet hos virveln. Dessutom har Nishi et al. försökte också ventilera dragröret genom små hål på fenans yta, och fann att denna metod kan undertrycka tryckpulsationen och att den mängd luft som behövs är mycket liten när fenan inte kan fungera.
Publiceringstid: 9 augusti 2022
