L'effet d'accélération de la pompe en tant que système de turbine pendant la période de démarrage

Rapports scientifiques volume 13, Numéro d'article : 4913 (2023) Citer cet article

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Afin de révéler l'influence de l'accélération de démarrage sur le processus de démarrage d'une pompe en tant que système de turbine, cet article effectue un calcul numérique de l'écoulement instationnaire visqueux tridimensionnel de la pompe en tant que système de tuyauterie de circulation de turbine dans trois conditions d'accélération de démarrage, et obtient le caractéristiques de débit externe et interne de chaque composant de trop-plein pendant le processus de démarrage, et analyse également en profondeur la perte d'énergie de chaque composant dans le système de tuyauterie à l'aide de la méthode de production d'entropie et de la méthode du critère Q. Les résultats montrent que lors du démarrage du système, les courbes de débit et de pression statique de sortie de la pompe comme de la turbine sont en hystérésis par rapport à la vitesse de rotation, la courbe de hauteur de charge est similaire à une montée linéaire lors du démarrage à vitesse lente et moyenne, tandis que il montre une augmentation parabolique lors d'un démarrage rapide, la production d'entropie et le tourbillon dans le domaine de la roue de la pompe en tant que turbine sont principalement répartis entre les aubes, et la distribution diminue lors du démarrage. De plus, la loi de similarité des pompes ne s’applique pas à la prédiction des performances lors du démarrage transitoire de la pompe en turbine.

Ces dernières années, avec la demande croissante d’énergie, les pays du monde entier accordent de plus en plus d’attention au développement et à l’utilisation de l’énergie secondaire. L'inversion de pompe centrifuge pour turbine (appelée pompe turbine) est largement utilisée dans l'industrie pétrochimique pour la récupération d'énergie de la pression résiduelle des liquides résiduaires de divers appareils en raison de sa structure simple, de son prix bas, de son installation et de son entretien faciles, etc. En fonctionnement normal, les pompes comme les turbines présentent souvent des problèmes tels qu'un fonctionnement instable et une zone d'efficacité étroite. Pendant le processus de démarrage, en raison du fonctionnement à vitesse variable en continu, les paramètres de performance tels que le débit, la pression et la puissance changeront radicalement en peu de temps, et le débit interne est dans un état de débit transitoire extrêmement instable, ce qui facilement. provoquer d'énormes pulsations de pression et des chocs, puis endommager la pompe ainsi que l'équipement de la turbine lui-même et l'équipement de charge connecté1. Par conséquent, il est nécessaire de mener une étude systématique et approfondie des caractéristiques transitoires de la pompe comme de la turbine lors du processus de démarrage.

Dans la littérature publiée, la plupart des études ont été réalisées dans des conditions stationnaires, parmi lesquelles la condition optimale. Rossi et al.2 ont prédit avec succès les performances optimales de la pompe en tant que turbine en utilisant une méthode de réseau neuronal artificiel. Liu et al.3 ont proposé une méthode itérative basée sur le débit pour prédire le point de condition optimale (BEP) dans des conditions de turbine, et les résultats ont montré que le modèle théorique développé pour prédire les performances des conditions de pompe et de turbine était fiable et précis. Štefan et al.4 ont découvert que le débit et la hauteur de chute du point de fonctionnement optimal (BEP) dans des conditions de turbine sont supérieurs aux performances dans des conditions de pompe. Miao et al.5 ont proposé une méthode de conception d'optimisation de la surface radiale de la pompe comme turbine de turbine, et l'efficacité de la pompe optimisée en tant que turbine a été augmentée de 2,28 % au point de service optimal. Wang et al.6 ont dérivé une équation de prédiction pour les performances du point d'efficacité de la turbine basée sur l'efficacité de la pompe et de la turbine avec le glissement d'entrée de la turbine en analysant le triangle des vitesses d'entrée et de sortie de la roue et ont comparé six pompes en tant que turbine avec des révolutions de 9,0 à 54,8 pour simulations expérimentales et numériques, et les résultats ont montré que le coefficient de glissement de l'état de la pompe est supérieur à celui de l'état de la turbine au point de condition de conception. Frosina et al.7 ont proposé une nouvelle méthode pour prédire les performances des pompes centrifuges en tant que turbines hydrauliques, qui s'est avérée très précise par rapport à d'autres méthodes. Huang et al.8 ont proposé une nouvelle méthode théorique pour prédire le débit et la hauteur de la pompe et de la turbine au point de fonctionnement optimal, basée sur le principe de correspondance des caractéristiques entre la roue et la volute. Comparés à d’autres méthodes de prédiction, les résultats de prédiction de la nouvelle méthode proposée se sont révélés plus précis.