REVERZIBILNE TURBINE-ČRPALKE – ANALIZA NESTACIONARNIH POJAVOV V ČRPALNEM REŽIMU OBRATOVANJA
Povzetek
Vloga črpalnih hidroelektrarn v električnih omrežjih se v zadnjih letih spreminja. Zahteve po prehodu s črpalnega v turbinski režim in nazaj postajajo vse pogostejše. Območja obratovanja reverzibilnih črpalk‐turbin se ob tem širijo, saj se črpalne hidroelektrarne uporabljajo kot regulator in stabilizator električnega omrežja. Glavni izzivi pri razvoju reverzibilnih črpalk‐turbin so hidravlične nestabilnosti, ki se pojavijo v črpalnem in turbinskem režimu. Članek se osredotoča na nestabilnosti v črpanem režimu pri delnih obremenitvah, kot sta kavitacija in vrteče zastojne celice. Sodobna orodja, kot računska dinamika tekočin (CFD), se uporabljajo za analizo pojavov kot dodatek klasičnim eksperimentalnim pristopom. Vrteče zastojne celice so bile eksperimentalno raziskane v hidravličnem laboratoriju ter numerično reproducirane s komercialnim CFD programom. Odkrite so bile tri zastojne celice s frekvenco vrtenja 2.5 % nazivne frekvence črpalke‐turbine. V območju vodilnih lopat so bili opaženi kavitacijski vrtinci povezani z zastojnimi celicami. Oba pojava kažeta na zelo nestabilno in potencialno nevarno obratovanje, ki ga je potrebno podrobno raziskati. Razumevanje vzrokov za nestabilnosti bo pripeljalo do izboljšane zasnove črpalke‐turbine, ki bo omogočila varnejše, prožnejše in zanesljivejše obratovanje z manj neželenimi nestabilnostmi.
Prenosi
Literatura
Skotak, A., Stegner, L., Feilhauer, M., Cepa, Z. and Mikulašek, J. (2017). Designing of pump turbine for restricted range of operation. Proc. HidroVision 2017, USA
Staubli, T., Widmer, C., Tresch, T. and Sallaberger, M. (2010). Starting pump‐turbines with unstable characteristics. HYDRO 2010
Nicolet, C., Alligné, S., Kawkabani, B., Simond, J‐J. and Avellan, F. (2009). Unstable operation of Francis pump‐turbine at runaway: rigid and elastic water column oscillation modes. Int. J. Fluid Mach. Syst., vol. 2, no. 4, pp. 324–333.
Frigne, P. and Van den Braembussche, R. (1984). Distinction between different types of impeller and diffuser rotating stall in a centrifugal compressor with vaneless diffuser. Trans of ASME Journal of Engineering for Gas Turbines and Power 106(2):468‐474
Hasmatuchi, V., Fahrat, M., Roth, S., Botero, F. and Avellan, F. (2011). Experimental evidence of rotating stall in a pump‐turbine at off‐design conditions in generating mode. Journal of Fluids Engineering, 133(5):051104
Jacquet, C., Fortes‐Patella, R., Balarac, L. and Houdeline, J‐B. (2016). CFD Investigation of Complex Phenomena in S‐Shape Region of Reversible Pump‐Turbine. IOP Conf. Ser.: Earth Environ. Sci. 49 042010
Haupt, U., Seidel, U., Abdel‐Hamid, A. and Rautenberg, M. (1988). Unsteady flow in a centrifugal compressor with different types of vanes diffuser. Trans of ASME Journal of Turbomachinery, 110(3):293‐302
Braun, O. (2009). Part load flow in radial centrifugal pumps PhD Thesis EPFL, Lausanne
Pacot, O., Kato, C., Guo, Y., Yamade, Y. and Avellan, F. (2016). Large eddy simulation of the rotating stall in a pump‐turbine operated in pumping mode at a part‐load condition Journal of Fluids Engineering, ASME, doi: 10.1115/1.4033423
Ješe, U. (2015). Numerical study of pump‐turbine instabilities: Pumping mode off‐ design conditions PhD Thesis, Univ. Grenoble Alpes, Grenoble
Ješe, U. and Fortes Patella, R. (2016). Unsteady numerical analysis of the rotating stall in pump‐turbine geometry Proc. 28th IAHR symposium on Hydraulic Machinery and Systems, Grenoble
Veselý, J., Půlpitel, L. and Troubil, P. (2005). Model research of rotating stall on pump‐turbines Proc. HYDRO 2005, Villach
Ješe, U., et al (2017). Cavitating vortices in the guide vanes region related to the pump‐turbine pumping mode rotating stall J. Phys.: Conf. Ser. 813 012043
