Висота всмоктування одиниці гідроакумулюючої електростанції матиме прямий вплив на систему відведення та компонування силової будівлі електростанції, а вимога щодо невеликої глибини котловану може зменшити відповідні витрати на будівництво електростанції; Однак це також збільшить ризик кавітації під час роботи насоса, тому точність оцінки висоти під час раннього встановлення електростанції є дуже важливою. На ранніх етапах застосування насосної турбіни було виявлено, що кавітація робочого колеса в умовах роботи насоса була серйознішою, ніж в умовах роботи турбіни. Під час проектування загалом вважається, що якщо можна забезпечити кавітацію в умовах роботи насоса, то можна забезпечити і умови роботи турбіни.
Вибір висоти всмоктування турбіни насоса змішаного потоку головним чином пов'язаний з двома принципами:
По-перше, це слід виконувати за умови відсутності кавітації за робочого стану водяного насоса; по-друге, розділення водяного стовпа не повинно відбуватися у всій системі водопостачання під час перехідного процесу відхилення одиничного завантаження.
Зазвичай питома швидкість пропорційна коефіцієнту кавітації робочого колеса. Зі збільшенням питомої швидкості коефіцієнт кавітації робочого колеса також збільшується, а кавітаційні характеристики зменшуються. У поєднанні з емпіричним розрахунковим значенням висоти всмоктування та розрахунковим значенням ступеня вакууму в відсмоктувальній трубі за найнебезпечніших умов перехідного процесу, а також враховуючи, що за умови максимально можливої економії будівельних робіт, агрегат має достатню глибину занурення для забезпечення безпечної та стабільної роботи агрегату.
Глибина занурення високонапірної насосної турбіни визначається відсутністю кавітації насосної турбіни та відсутністю відриву водяного стовпа у відсмоктувальній трубі під час різних перехідних процесів. Глибина занурення насосних турбін у гідроакумулюючих електростанціях дуже велика, тому висота встановлення агрегатів невелика. Висота всмоктування високонапірних агрегатів, що використовуються на електростанціях, що введені в експлуатацію в Китаї, таких як Сілун Понд, становить –75 м, тоді як висота всмоктування більшості електростанцій з водяним столом 400-500 м становить приблизно –70-80 м, а висота всмоктування з водяним столом 700 м становить приблизно –100 м.
Під час процесу скидання навантаження турбіною насоса, ефект гідравлічного удару призводить до значного зниження середнього тиску в секції відсмоктувальної труби. Зі швидким збільшенням швидкості обертання робочого колеса під час процесу переходу на скидання навантаження, зовні вихідної секції робочого колеса виникає сильний обертовий потік води, що робить тиск у центрі секції нижчим за зовнішній тиск. Навіть якщо середній тиск у секції все ще перевищує тиск випаровування води, локальний тиск у центрі може бути нижчим за тиск випаровування води, що призводить до відриву водяного стовпа. Під час числового аналізу процесу переходу турбіни насоса можна визначити лише середній тиск у кожній секції труби. Тільки за допомогою повного моделювання процесу переходу на скидання навантаження можна визначити локальне падіння тиску, щоб уникнути явища відриву водяного стовпа в відсмоктувальній трубі.
Глибина занурення високонапірної насосної турбіни повинна не лише відповідати вимогам захисту від ерозії, але й гарантувати, що відсмоктувальна труба не матиме розшарування водяного стовпа під час різних перехідних процесів. Надвисоконапірна насосна турбіна має велику глибину занурення, щоб уникнути розшарування водяного стовпа під час перехідного процесу та забезпечити безпеку системи водовідведення та агрегатів електростанції. Наприклад, мінімальна глибина занурення гідроакумулюючої електростанції Геєчуань становить – 98 м, а мінімальна глибина занурення гідроакумулюючої електростанції Шеньлючуань – 104 м. Вітчизняна гідроакумулююча електростанція Цзісі становить – 85 м, Дуньхуа – 94 м, Чанлуншань – 94 м та Янцзян – 100 м.
Для однієї й тієї ж насосної турбіни, чим далі вона відхиляється від оптимального робочого стану, тим більша інтенсивність кавітації, якої вона зазнає. За робочих умов високого підйому та малого потоку більшість ліній потоку мають великий позитивний кут атаки, і кавітація легко виникає в області негативного тиску на поверхні всмоктування лопаті; за умов низького підйому та великого потоку негативний кут атаки поверхні тиску лопаті великий, що легко спричиняє відрив потоку, що призводить до кавітаційної ерозії поверхні тиску лопаті. Як правило, коефіцієнт кавітації є відносно великим для електростанцій з великим діапазоном зміни напору, і нижча висота встановлення може задовольнити вимогу відсутності кавітації під час роботи в умовах низького та високого напору. Тому, якщо напір води значно змінюється, висота всмоктування відповідно збільшуватиметься, щоб відповідати умовам. Наприклад, глибина занурення QX становить – 66 м, а MX – 68 м. Оскільки коливання напору води MX більші, важче здійснити регулювання та гарантувати MX.
Повідомляється, що на деяких іноземних гідроакумулюючих електростанціях спостерігається відшарування водяного стовпа. У виробника було проведено повне моделювання процесу переходу японської високонапірної насосної турбіни, а також детально досліджено явище відшарування водяного стовпа для визначення висоти встановлення насосної турбіни. Найскладнішою проблемою для гідроакумулюючих електростанцій є безпека системи. Необхідно забезпечити, щоб підвищення тиску в спіральному корпусі та негативний тиск води на хвостовій частині знаходилися в безпечному діапазоні за екстремальних умов роботи, а також забезпечити досягнення гідравлічної продуктивності першого класу, що має більший вплив на вибір глибини занурення.
Час публікації: 23 листопада 2022 р.
