Mitigación de la cavitación de extremo de alabe mediante la implementación de inyección de aire en un modelo a escala reducida de turbina Kaplan

Abstract

Las Turbinas Kaplan que operan en condiciones de alta carga pueden estar sometidas a vibraciones excesivas, ruido y cavitación. En estos casos puede presentarse erosión por cavitación sobre el anillo de descarga asociada al desarrollo de cavitación de extremo de alabe. Este fenómeno involucra características de diseño tales como sobreapertura de los alabes del distribuidor; perfil de los alabes del rodete; el incremento del huelgo debido a la apertura del alabe; la altura neta de aspiración; el punto de operación; el espesor del anillo de descarga, entre otras. Con el objetivo de mitigar las vibraciones generadas por cavitación sobre el anillo de descarga, se diseñó e implementó la inyección presurizada de aire por encima del plano medio del rodete en el modelo físico a escala reducida. El ingreso de aire fue registrado mediante el uso de una cámara de alta velocidad para estudiar la trayectoria del mismo hasta el núcleo del vórtice de extremo de álabe. El postprocesamiento de las señales de aceleración muestra que el nivel de vibraciones y la amplitud de la frecuencia RSI (interacción rotorestator) decrecen proporcionalmente con el incremento del caudal de aire inyectado, mientras que el rendimiento de la turbina disminuye. Estos resultados revelan el potencial de mitigación de la inyección de aire para prevenir el daño por cavitación y serán útiles para futuros ensayos a realizar en la turbina a escala prototipo, orientados a determinar el caudal de inyección óptimo y el tamaño y distribución de los puntos de inyección.