Hızlı tepki veren yenilenebilir bir enerji kaynağı olarak hidroelektrik, genellikle elektrik şebekesinde tepe yük düzenlemesi ve frekans düzenlemesi rolünü üstlenir; bu da hidroelektrik ünitelerinin sıklıkla tasarım koşullarından sapma gösteren koşullar altında çalışması gerektiği anlamına gelir. Çok sayıda test verisinin analiziyle, türbinin tasarım dışı koşullar altında, özellikle kısmi yük koşullarında çalıştığında, türbinin emme borusunda güçlü basınç dalgalanmalarının meydana geldiği belirtilmiştir. Bu basınç dalgalanmasının düşük frekansı, türbinin kararlı çalışmasını ve ünitenin ve atölyenin güvenliğini olumsuz etkiler. Bu nedenle, emme borusundaki basınç dalgalanması endüstri ve akademi tarafından geniş çapta ele alınmaktadır.
Türbin emme borusundaki basınç dalgalanması problemi ilk olarak 1940 yılında ortaya atıldığından beri, birçok bilim insanı bu konuyu araştırmış ve tartışmıştır. Günümüzde bilim insanları genel olarak, kısmi yük koşullarında emme borusundaki basınç dalgalanmasının, emme borusundaki spiral girdap hareketinden kaynaklandığına inanmaktadır; girdabın varlığı, emme borusunun kesitindeki basınç dağılımını düzensiz hale getirir ve girdap kuşağının dönmesiyle birlikte, asimetrik basınç alanı da döner ve basıncın zamanla periyodik olarak değişmesine ve basınç dalgalanmasının oluşmasına neden olur. Sarmal girdap, kısmi yük koşullarında (yani, hızın teğetsel bir bileşeni olduğunda) emme borusu girişindeki girdaplı akıştan kaynaklanır. ABD Su Kaynakları Bürosu, emme borusundaki girdap üzerine deneysel bir çalışma yürütmüş ve farklı girdap dereceleri altında girdap şeklini ve davranışını analiz etmiştir. Sonuçlar, girdap derecesi belirli bir seviyeye ulaştığında emme borusunda spiral girdap bandının ortaya çıkacağını göstermektedir. Kısmi yük koşullarında sarmal girdap oluşur; bu nedenle, türbin çalışmasının bağıl akış hızı (Q/Qd, Qd tasarım noktası akış hızıdır) 0,5 ile 0,85 arasında olduğunda, emme borusunda şiddetli basınç dalgalanması meydana gelir. Girdap kuşağı tarafından indüklenen basınç dalgalanmasının ana bileşeninin frekansı nispeten düşüktür ve bu, çarkın dönüş frekansının 0,2 ila 0,4 katına eşdeğerdir; Q/Qd ne kadar küçükse, basınç dalgalanması frekansı o kadar yüksek olur. Ayrıca, kavitasyon meydana geldiğinde, girdapta oluşan hava kabarcıkları girdabın boyutunu artıracak ve basınç dalgalanmasını daha yoğun hale getirecek, dolayısıyla basınç dalgalanmasının frekansı da değişecektir.
Kısmi yük koşullarında, emme borusundaki basınç dalgalanması, hidroelektrik ünitesinin istikrarlı ve güvenli çalışması için büyük bir tehdit oluşturabilir. Bu basınç dalgalanmasını bastırmak için, emme borusunun duvarına kanatçıklar takılması ve emme borusuna havalandırma yapılması gibi birçok fikir ve yöntem önerilmiştir; bunlar iki etkili önlemdir. Nishi ve ark., farklı kanatçık tiplerinin, kanatçık sayısının ve montaj pozisyonlarının etkileri de dahil olmak üzere, kanatçıkların emme borusundaki basınç dalgalanması üzerindeki etkisini deneysel ve sayısal yöntemlerle incelemiştir. Sonuçlar, kanatçıkların takılmasının girdabın eksantrikliğini önemli ölçüde azaltabileceğini ve basınç dalgalanmasını düşürebileceğini göstermektedir. Dmitry ve ark. ayrıca, kanatçıkların takılmasının basınç dalgalanmasının genliğini %30 ila %40 oranında azaltabileceğini bulmuştur. Ana şaftın merkez deliğinden emme borusuna havalandırma da basınç dalgalanmasını bastırmak için etkili bir yöntemdir. Girdabın eksantriklik derecesi. Ayrıca, Nishi ve ark. Ayrıca, kanat yüzeyindeki küçük delikler aracılığıyla hava borusunu havalandırmayı denedik ve bu yöntemin basınç dalgalanmasını bastırabildiğini ve kanat çalışmadığında gereken hava miktarının çok az olduğunu bulduk.
Yayın tarihi: 09 Ağustos 2022
