L'effetto di accelerazione della pompa come sistema a turbina durante il periodo di avviamento

Rapporti scientifici volume 13, numero articolo: 4913 (2023) Citare questo articolo

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Al fine di rivelare l'influenza dell'accelerazione iniziale sul processo di avviamento di una pompa come sistema a turbina, questo articolo esegue un calcolo numerico del flusso viscoso instabile tridimensionale della pompa come sistema di tubazioni di circolazione della turbina in tre condizioni di accelerazione iniziale e ottiene il valore le caratteristiche del flusso esterno e interno di ciascun componente di troppopieno durante il processo di avviamento e analizza inoltre in profondità la perdita di energia di ciascun componente nel sistema di tubazioni con l'aiuto del metodo di produzione di entropia e del metodo del criterio Q. I risultati mostrano che durante l’avviamento del sistema, le curve di portata e pressione statica in uscita della pompa come turbina sono isteresi rispetto alla velocità di rotazione, la curva di prevalenza è simile ad un aumento lineare durante l’avviamento a velocità lenta e media, mentre mostra un aumento parabolico durante l'avvio rapido, la produzione di entropia e la vorticità nel dominio della girante della pompa poiché la turbina sono distribuite principalmente tra le pale e la distribuzione diminuisce durante l'avvio. Inoltre, la legge di similarità della pompa non si applica alla previsione delle prestazioni durante l'avvio transitorio della pompa come turbina.

Negli ultimi anni, con la crescente domanda di energia, i paesi di tutto il mondo stanno prestando sempre più attenzione allo sviluppo e all’utilizzo dell’energia secondaria. L'inversione della pompa centrifuga per turbina (denominata pompa come turbina) è ampiamente utilizzata nell'industria petrolchimica per il recupero dell'energia della pressione residua dei liquidi di scarto di vari dispositivi grazie alla sua struttura semplice, al prezzo basso, alla facilità di installazione e manutenzione, ecc. Nel funzionamento normale, le pompe come le turbine presentano spesso problemi quali funzionamento instabile e zona di efficienza ristretta. Durante il processo di avvio, a causa del funzionamento a velocità variabile continuamente, i parametri prestazionali come portata, pressione e potenza cambieranno drasticamente in un breve periodo e il flusso interno si trova in uno stato di flusso transitorio estremamente instabile, che facilmente causare enormi pulsazioni di pressione e shock, con conseguenti danni alla pompa, alla turbina stessa e alle apparecchiature di carico collegate1. Pertanto, è necessario condurre uno studio sistematico e approfondito delle caratteristiche transitorie della pompa come turbina durante il processo di avviamento.

Dalla letteratura pubblicata, la maggior parte degli studi sono stati condotti per condizioni stazionarie, di cui la condizione ottimale è una di queste. Rossi et al.2 hanno previsto con successo le prestazioni ottimali del punto condizione della pompa come turbina utilizzando un metodo di rete neurale artificiale. Liu et al.3 hanno proposto un metodo iterativo basato sul flusso per prevedere il punto di condizione ottimale (BEP) in condizioni di turbina, e i risultati hanno mostrato che il modello teorico sviluppato per prevedere le prestazioni delle condizioni di pompa e turbina era affidabile e accurato. Štefan et al.4 hanno scoperto che il flusso e la prevalenza del punto operativo ottimale (BEP) in condizioni di turbina sono superiori alle prestazioni in condizioni di pompa. Miao et al.5 hanno proposto un metodo di progettazione per l'ottimizzazione della superficie radiale della girante della pompa come turbina e l'efficienza della pompa ottimizzata come turbina è stata aumentata del 2,28% nel punto di servizio ottimale. Wang et al.6 hanno derivato un'equazione di previsione per le prestazioni del punto di efficienza della turbina basata sull'efficienza della pompa e della turbina con lo scorrimento all'ingresso della turbina analizzando il triangolo della velocità di ingresso e di uscita della girante e confrontando sei pompe come turbine con giri di 9,0–54,8 per simulazioni sperimentali e numeriche e i risultati hanno mostrato che il coefficiente di scorrimento della condizione della pompa è maggiore di quello della condizione della turbina nel punto di condizione di progettazione. Frosina et al.7 hanno proposto un nuovo metodo per prevedere le prestazioni delle pompe centrifughe come turbine idrauliche, che si è rivelato avere un'elevata precisione se confrontato con altri metodi. Huang et al.8 hanno proposto un nuovo metodo teorico per prevedere il flusso e la prevalenza della pompa e della turbina nel punto operativo ottimale basato sul principio della corrispondenza delle caratteristiche tra la girante e la voluta. Rispetto ad altri metodi di previsione, i risultati di previsione del nuovo metodo proposto si sono rivelati più accurati.