中国在2020年明确提出“碳达峰”和“碳中和”的双碳目标后,人们更加注重绿色、环保、低碳的生产方式。离心泵反转作液力透平,又被称为pump as turbine(PAT)由于其结构简单、成本低廉等特点被广泛应用于高能余液回收和小型水电站中,符...
详细信息
中国在2020年明确提出“碳达峰”和“碳中和”的双碳目标后,人们更加注重绿色、环保、低碳的生产方式。离心泵反转作液力透平,又被称为pump as turbine(PAT)由于其结构简单、成本低廉等特点被广泛应用于高能余液回收和小型水电站中,符合发展可再生能源,兼顾经济发展和绿色转型的环保政策。之前关于PAT的水力特性研究主要集中在定转速稳定工况下开展,对于变转速过渡过程的研究相对较少。但在透平的实际运行过程中,其所处工况常处于非恒定状态,随着上游流量和下游负载的改变,透平的转速也在时刻变化,使得透平在不同工况点之间过渡。因此研究透平变转速过渡过程对提高透平的水力性能和稳定性具有显著意义。为此,论文以单级单吸悬臂式离心泵为研究对象,在通过实验验证计算策略的可行性基础上,对入口流量进行控制实现透平大波动过渡过程和小波动过渡过程的数值模拟,并探究不同流量变化频率对透平性能及其内流场的影响。论文的主要工作内容和研究结果如下:(1)从泵的相似性准则和牛顿第二定律出发,获得任意时刻负载泵的负载力矩,进而求解透平叶轮在过渡过程中的瞬时角加速度,实现叶轮变转速过渡过程的数值模拟。(2)分析透平在过渡过程中叶轮转速与力矩之间的关系,并将过渡过程的外特性参数与准稳态工况进行对比,探究透平过渡过程的性能变化特性。结果表明在过渡过程中,透平的性能参数数值低于准稳态计算。当透平处于大流量工况时,叶轮转速及其性能参数的变化对于流量的改变更为敏感。(3)过渡过程中透平内流场具有显著的阶段特性和瞬态特性。阶段特性表现为当叶轮转速超过2700 rpm时,透平叶轮流域中的速度、压力梯度分布愈发明显,湍动能水平明显提高。瞬态特性表现为相较于准稳态工况,透平在过渡过程中叶轮流场复杂多变,流线更为曲折,压力、速度和湍动能水平变化更为快速。(4)在蜗壳流域和叶轮流域设置监测点,探究透平过渡过程内流场的压力脉动变化情况和规律。结果表明,透平在大波动过渡过程中,当流量超过设计流量以后,叶轮流域内压力脉动数值开始剧烈波动。小波动过渡过程中,在流量变化的前1/2T时刻内,此时透平入口具有较大的流量,其压力脉动变化相较于后1/2T时刻的小流量工况更为剧烈。(5)对比分析具有不同流量变化频率的四组工况,得出低频的流量变化使得流体拥有足够的时间在叶轮内部充分发展,此时叶轮转速与力矩的延迟效应较小,透平因此拥有更高的能量转化效率,其内流场状态也更为稳定。
暂无评论