Блог

Jun 09, 2023

Исследование гидродинамических характеристик осевой насосной системы в особых условиях эксплуатации

Scientific Reports Volume 12, Номер статьи: 5159 (2022) Ссылаться на эту статью 1358 Доступов 5 Цитирований Подробности о показателях В реальной эксплуатации осевые насосные станции часто используются для различных специальных задач.

Научные отчеты, том 12, Номер статьи: 5159 (2022) Цитировать эту статью

1358 Доступов

5 цитат

Подробности о метриках

В реальной эксплуатации насосные станции с осевым потоком часто используются в различных специальных целях для удовлетворения меняющихся потребностей. Однако, поскольку гидродинамические характеристики насосных систем с осевым потоком все еще неясны при использовании для специальных целей, существует множество рисков при использовании насосных систем для специальных целей. Для исследования гидродинамических характеристик осевой насосной системы в особых условиях эксплуатации в данной статье создан высокоточный полнофункциональный испытательный стенд для осевой насосной системы. Впервые проведен эксперимент по энергетическим характеристикам и измерению колебаний давления насоса для модели большой насосной системы с осевым потоком в условиях нулевого напора, реверсивного насоса и реверсивной выработки электроэнергии. Затем с помощью программного обеспечения ANSYS CFX решаются непрерывное уравнение и среднее по Рейнольдсу уравнение Навье – Стокса в сочетании с моделью турбулентности SST k – ω, а также получаются характеристическая кривая и внутреннее поле потока насосной системы в особых условиях. Наконец, результаты численного моделирования сравниваются с экспериментальными результатами. Результаты показывают, что распределение градиента скорости в насосе является равномерным в условиях почти нулевого напора (NZHC), и в насосе нет явных явлений столкновения потоков и рефлюкса. По сравнению с проектным состоянием (РП) размах пульсаций давления (ППД) на входе в рабочее колесо снизился на 67,16 %, а на выходе из рабочего колеса снизился на 8,14 % при Н = 0. м. Максимальное значение амплитуды основной частоты (МЧА) в зоне рабочего колеса появляется на входе в рабочее колесо. В режиме реверсивной накачки (РПН) очевидно явление неустойчивости потока в насосной системе, а также появление большого спектра зон рециркуляции на нерабочей грани лопатки. По сравнению с DC PPV на входе в рабочее колесо в оптимальной точке RPC увеличилось на 122,61%, а PPV на выходе из рабочего колеса увеличилось на 11,37%. Максимальное значение MFA в зоне рабочего колеса появляется на входе в рабочее колесо. В режиме обратной генерации мощности (RPGC) явного отрыва потока на нерабочей грани рабочего колеса не обнаружено. По сравнению с ДК PPV на входе в рабочее колесо в оптимальной точке RPGC увеличилось на 65,34 %, а PPV на выходе из рабочего колеса увеличилось на 206,40 %.

В последние годы по всему миру, особенно в Китае, было построено большое количество крупных насосных станций с осевым потоком. Осевые насосные станции характеризуются низкими напорами и большими расходами и часто располагаются вдоль рек и прибрежных территорий. Колебания уровня воды в верхнем и нижнем течении очень велики, а это означает, что насосные системы с осевым потоком должны справляться с меняющимися требованиями в реальной эксплуатации. Например, когда разница уровней воды вверх и вниз по течению очень мала, необходимо использовать осевую насосную систему для дренажа практически с нулевым напором1,2. Когда уровень воды выше по течению, чем уровень воды ниже по течению, системе осевого насоса может потребоваться обратный подъем воды3, а систему осевого насоса также можно использовать для выработки электроэнергии из остаточной воды вверх по течению4,5.

Хотя условия применения насосных станций с осевым потоком постоянно расширяются, основные результаты исследований до сих пор сосредоточены на гидродинамических характеристиках обычных насосных станций6,7,8. Исследований гидродинамических характеристик осевых насосных систем в особых условиях эксплуатации мало. Гидродинамические характеристики насосных систем с осевым потоком в особых условиях эксплуатации до сих пор неясны, и при специальном использовании насосной системы может возникнуть множество рисков, таких как вибрация агрегата и поломка лопастей.