Эффект ускорения насоса как турбинной системы в период запуска

Научные отчеты, том 13, Номер статьи: 4913 (2023) Цитировать эту статью

506 доступов

Подробности о метриках

Чтобы выявить влияние пускового ускорения на процесс запуска насоса как турбинной системы, в данной статье выполнен численный расчет трехмерного вязкого нестационарного течения насоса как системы циркуляционных трубопроводов турбины при трех условиях пускового ускорения и получены внешние и внутренние характеристики потока каждого компонента перелива во время процесса запуска, а также детально анализирует потери энергии каждого компонента в системе трубопроводов с помощью метода производства энтропии и метода Q-критерия. Результаты показывают, что во время запуска системы кривые расхода и статического давления на выходе насоса как турбины представляют собой гистерезис относительно скорости вращения, кривая напора аналогична линейному подъему при медленном и среднем пуске, в то время как он показывает параболический рост при быстром пуске, производство энтропии и завихренность в области рабочего колеса насоса как турбины в основном распределяются между лопатками, а во время запуска распределение уменьшается. Кроме того, закон подобия насоса не применяется для прогнозирования производительности во время переходного запуска насоса как турбины.

В последние годы, с ростом спроса на энергию, страны всего мира уделяют все больше внимания развитию и использованию вторичной энергии. Реверсивный центробежный насос для турбины (называемый насосом как турбиной) широко используется в нефтехимической промышленности для рекуперации энергии остаточного давления отработанной жидкости различных устройств из-за его простой конструкции, низкой цены, простоты установки и обслуживания и т. д. При нормальной эксплуатации насосы, как и турбины, часто имеют такие проблемы, как нестабильная работа и узкая зона эффективности. Во время процесса запуска из-за работы с плавной регулировкой скорости параметры производительности, такие как расход, давление и мощность, резко изменятся за короткий период, а внутренний поток находится в крайне нестабильном переходном состоянии, которое легко вызвать огромные пульсации давления и удары, а затем привести к выходу из строя насоса, как самого турбинного оборудования, так и подключенного к нему нагрузочного оборудования1. Поэтому необходимо проводить систематическое и углубленное исследование переходных характеристик насоса как турбины в процессе пуска.

Судя по опубликованной литературе, большинство исследований проведено для стационарных условий, одним из которых является оптимальное состояние. Росси и др.2 успешно спрогнозировали оптимальную производительность насоса в качестве турбины в точке состояния, используя метод искусственной нейронной сети. Лю и др.3 предложили итерационный метод на основе потока для прогнозирования точки оптимального состояния (BEP) в условиях турбины, и результаты показали, что разработанная теоретическая модель для прогнозирования производительности насосов и условий турбины была надежной и точной. Штефан и др.4 обнаружили, что оптимальная рабочая точка (BEP) расход и напор в условиях турбины выше, чем производительность в условиях насоса. Мяо и др.5 предложили метод оптимизации радиальной поверхности рабочего колеса турбины, и эффективность оптимизированного насоса в качестве турбины была увеличена на 2,28% в оптимальной точке обслуживания. Ван и др.6 вывели уравнение прогнозирования производительности точки эффективности турбины на основе эффективности насоса и турбины с скольжением на входе турбины путем анализа треугольника скоростей на входе и выходе рабочего колеса и сравнили шесть насосов в качестве турбины с оборотами 9,0–54,8 для экспериментальное и численное моделирование, и результаты показали, что коэффициент скольжения состояния насоса больше, чем коэффициент скольжения состояния турбины в точке расчетного состояния. Фросина и др.7 предложили новый метод прогнозирования производительности центробежных насосов как гидротурбин, который оказался более точным по сравнению с другими методами. Хуанг и др.8 предложили новый теоретический метод прогнозирования расхода и напора насоса и турбины в оптимальной рабочей точке, основанный на принципе согласования характеристик рабочего колеса и улитки. По сравнению с другими методами прогнозирования результаты прогнозирования предложенного нового метода оказались более точными.