O efeito de aceleração da bomba como sistema de turbina durante o período de partida

Scientific Reports volume 13, Artigo número: 4913 (2023) Citar este artigo

787 Acessos

Detalhes das métricas

A fim de revelar a influência da aceleração inicial no processo de partida de um sistema de bomba como turbina, este artigo realiza um cálculo numérico do fluxo instável viscoso tridimensional do sistema de tubulação circulante de bomba como turbina sob três condições de aceleração inicial, e obtém o características de fluxo externo e interno de cada componente de transbordamento durante o processo de partida, e também analisa em profundidade a perda de energia de cada componente no sistema de tubulação com a ajuda do método de produção de entropia e do método de critério Q. Os resultados mostram que durante a partida do sistema, as curvas de vazão e pressão estática de saída da bomba como turbina são histeréticas em relação à velocidade de rotação, a curva de altura manométrica é semelhante a um aumento linear durante a partida em velocidade lenta e média, enquanto mostra um aumento parabólico durante a partida rápida, a produção de entropia e a vorticidade no domínio do impulsor da bomba à medida que a turbina é distribuída principalmente entre as pás, e a distribuição diminui durante a partida. Além disso, a lei de similaridade de bombas não se aplica à previsão de desempenho durante a partida transitória da bomba como turbina.

Nos últimos anos, com a crescente procura de energia, países de todo o mundo têm prestado cada vez mais atenção ao desenvolvimento e utilização de energia secundária. A reversão da bomba centrífuga para turbina (referida como bomba como turbina) é amplamente utilizada na indústria petroquímica para recuperação de energia de pressão residual de líquidos residuais de vários dispositivos devido à sua estrutura simples, baixo preço, fácil instalação e manutenção, etc. bombas como turbinas geralmente apresentam problemas como operação instável e zona de eficiência estreita. Durante o processo de inicialização, devido à operação de velocidade continuamente variável, os parâmetros de desempenho, como vazão, pressão e potência, mudarão drasticamente em um curto período, e o fluxo interno estará em um estado de fluxo transitório extremamente instável, que facilmente causar enorme pulsação de pressão e choque e, em seguida, causar danos à bomba, ao próprio equipamento da turbina e ao equipamento de carga conectado1. Portanto, é necessário realizar um estudo sistemático e aprofundado das características transitórias da bomba como turbina durante o processo de partida.

Da literatura publicada, a maioria dos estudos foi realizada para condições de estado estacionário, das quais a condição ótima é uma delas. Rossi et al.2 previram com sucesso o desempenho ideal do ponto de condição da bomba como turbina usando um método de rede neural artificial. Liu et al.3 propuseram um método iterativo baseado em fluxo para prever o ponto de condição ideal (BEP) sob condições de turbina, e os resultados mostraram que o modelo teórico desenvolvido para prever o desempenho das condições de bomba e turbina era confiável e preciso. Štefan et al.4 descobriram que o fluxo e a altura manométrica do ponto de operação ideal (BEP) em condições de turbina são superiores ao desempenho em condições de bomba. Miao et al.5 propuseram uma bomba como método de projeto de otimização da superfície radial do impulsor da turbina, e a eficiência da bomba otimizada como turbina foi aumentada em 2,28% no ponto de serviço ideal. Wang et al.6 derivaram uma equação de previsão para o desempenho do ponto de eficiência da turbina com base na eficiência da bomba e da turbina com deslizamento de entrada da turbina analisando o triângulo de velocidade de entrada e saída do impulsor e compararam seis bombas como turbina com revoluções de 9,0–54,8 para simulações experimentais e numéricas, e os resultados mostraram que o coeficiente de escorregamento da condição de bomba é maior que o da condição de turbina no ponto de condição de projeto. Frosina et al.7 propuseram um novo método para prever o desempenho de bombas centrífugas como turbinas hidráulicas, que apresentou alta precisão quando comparado com outros métodos. Huang et al.8 propuseram um novo método teórico para prever a vazão e a altura manométrica da bomba e da turbina no ponto ideal de operação com base no princípio da correspondência das características entre o impulsor e a voluta. Em comparação com outros métodos de previsão, os resultados de previsão do novo método proposto foram considerados mais precisos.