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

Jul 28, 2023

Scientific Reports volume 13, Número do artigo: 4913 (2023) Citar este artigo

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Detalhes das métricas

A fim de revelar a influência da aceleração de partida no processo de partida de uma bomba como sistema de turbina, este artigo realiza um cálculo numérico do fluxo instável viscoso tridimensional da bomba como sistema de tubulação de circulação de turbina sob três condições de aceleração de partida e obtém a características de fluxo externo e interno de cada componente de transbordamento durante o processo de partida e também analisa a perda de energia de cada componente no sistema de tubulação em profundidade com a ajuda do método de produção de entropia e 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 histerese em relação à velocidade de rotação, a curva de carga é semelhante a um aumento linear durante a partida lenta e média velocidade, enquanto ele mostra um aumento parabólico durante a partida rápida, a produção de entropia e vorticidade no domínio do impulsor da bomba como turbina são distribuídos principalmente entre as pás, e a distribuição diminui durante a partida. Além disso, a lei de similaridade da bomba não se aplica à previsão de desempenho durante a partida transiente da bomba como turbina.

Nos últimos anos, com a crescente demanda de energia, países ao redor do mundo estão prestando 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 líquida residual de vários dispositivos devido à sua estrutura simples, baixo preço, fácil instalação e manutenção, etc. Em operação normal, 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 taxa de fluxo, pressão e potência, mudarão drasticamente em um curto período, e o fluxo interno estará em um estado de fluxo transiente extremamente instável, o que facilmente causar grande pulsação e choque de pressão e, em seguida, levar a danos à bomba como equipamento da própria turbina e seu 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 estacionárias, das quais a condição ótima é uma delas. Rossi et al.2 previram com sucesso o desempenho do ponto de condição ideal 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 constataram que o fluxo e a altura do ponto ótimo de operação (BEP) em condições de turbina são maiores do que o 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 ótimo de serviço. Wang et al.6 derivou uma equação de previsão para o desempenho do ponto de eficiência da turbina com base na eficiência da bomba e da turbina com escorregamento de entrada da turbina analisando o triângulo de velocidade de entrada e saída do impulsor e comparou seis bombas como turbina com revoluções de 9,0 a 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 a 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 ótimo de operação com base no princípio de correspondência das características entre o impelidor e a voluta. Em comparação com outros métodos de previsão, os resultados de previsão do novo método proposto foram considerados mais precisos.