Epekto ng pagdaragdag ng mga palikpik sa dingding ng draft tube sa pressure pulsation ng Francis turbine

Bilang isang mabilis na tumutugon na pinagmumulan ng renewable energy, ang hydropower ay karaniwang gumaganap ng papel sa peak regulation at frequency regulation sa power grid, na nangangahulugang ang mga hydropower unit ay kadalasang kailangang gumana sa ilalim ng mga kondisyong lumihis mula sa mga kondisyon ng disenyo. Sa pamamagitan ng pagsusuri ng maraming datos ng pagsubok, itinuturo na kapag ang turbine ay gumagana sa ilalim ng mga kondisyong hindi disenyo, lalo na sa ilalim ng mga kondisyon ng partial load, lilitaw ang malakas na pressure pulsation sa draft tube ng turbine. Ang mababang frequency ng pressure pulsation na ito ay negatibong makakaapekto sa matatag na operasyon ng turbine at sa kaligtasan ng unit at workshop. Samakatuwid, ang pressure pulsation ng draft tube ay malawakang ikinababahala ng industriya at akademya.

Simula nang unang imungkahi ang problema ng pressure pulsation sa draft tube ng isang turbine noong 1940, ang sanhi nito ay pinag-uusapan at tinalakay ng maraming iskolar. Sa kasalukuyan, karaniwang naniniwala ang mga iskolar na ang pressure pulsation ng draft tube sa ilalim ng mga kondisyon ng partial load ay sanhi ng paggalaw ng spiral vortex sa draft tube; ang pagkakaroon ng vortex ay nagiging sanhi ng hindi pantay na distribusyon ng presyon sa cross section ng draft tube, at kasabay ng pag-ikot ng vortex belt, ang asymmetric pressure field ay umiikot din, na nagiging sanhi ng pana-panahong pagbabago ng presyon sa paglipas ng panahon, na bumubuo ng pressure pulsation. Ang helical vortex ay sanhi ng swirling flow sa draft tube inlet sa ilalim ng mga kondisyon ng partial load (ibig sabihin, mayroong tangential component ng velocity). Ang US Bureau of Reclamation ay nagsagawa ng isang eksperimental na pag-aaral sa swirl sa draft tube, at sinuri ang hugis at pag-uugali ng vortex sa ilalim ng iba't ibang swirl degrees. Ipinapakita ng mga resulta na kapag ang swirl degree ay umabot sa isang tiyak na antas, lilitaw lamang ang spiral vortex band sa draft tube. Ang helical vortex ay lumilitaw sa ilalim ng mga kondisyon ng bahagyang karga, kaya kapag ang relatibong rate ng daloy (Q/Qd, Qd ay ang rate ng daloy ng disenyo) ng operasyon ng turbine ay nasa pagitan ng 0.5 at 0.85, lilitaw lamang ang matinding pressure pulsation sa draft tube. Ang dalas ng pangunahing bahagi ng pressure pulsation na dulot ng vortex belt ay medyo mababa, na katumbas ng 0.2 hanggang 0.4 beses ng rotational frequency ng runner, at mas maliit ang Q/Qd, mas mataas ang frequency ng pressure pulsation. Bukod pa rito, kapag nangyari ang cavitation, ang mga bula ng hangin na nabubuo sa vortex ay magpapataas ng laki ng vortex at gagawing mas matindi ang pressure pulsation, at magbabago rin ang dalas ng pressure pulsation.
Sa ilalim ng mga kondisyon ng bahagyang karga, ang pressure pulsation sa draft tube ay maaaring magdulot ng malaking banta sa matatag at ligtas na operasyon ng hydroelectric unit. Upang mapigilan ang pressure pulsation na ito, maraming ideya at pamamaraan ang iminungkahi, tulad ng pag-install ng mga palikpik sa dingding ng draft tube at ang paglabas ng hangin sa draft tube ay dalawang epektibong hakbang. Gumamit sina Nishi et al. ng mga eksperimental at numerikal na pamamaraan upang pag-aralan ang epekto ng mga palikpik sa pressure pulsation ng draft tube, kabilang ang mga epekto ng iba't ibang uri ng palikpik, ang mga epekto ng bilang ng mga palikpik at ang kanilang mga posisyon sa pag-install. Ipinapakita ng mga resulta na ang pag-install ng mga palikpik ay maaaring makabuluhang bawasan ang eccentricity ng vortex at ang pressure pulsation. Natuklasan din nina Dmitry et al. na ang pag-install ng mga palikpik ay maaaring mabawasan ang amplitude ng pressure pulsation ng 30% hanggang 40%. Ang bentilasyon mula sa gitnang butas ng pangunahing shaft patungo sa draft tube ay isa ring epektibong pamamaraan upang mapigilan ang pressure pulsation. Ang antas ng eccentricity ng vortex. Bilang karagdagan, sina Nishi et al. Sinubukan din naming paandarin ang tubo ng hangin sa pamamagitan ng maliliit na butas sa ibabaw ng palikpik, at natuklasan na kayang pigilan ng pamamaraang ito ang pagtibok ng presyon at napakaliit ng hanging kailangan kapag hindi gumana ang palikpik.