پیش‌بینی عملکرد پمپ گریز از مرکز به‌عنوان توربین و تأثیر پره‌های جداکننده

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشیار، دانشگاه تبریز، دانشکده فنی مهندسی مکانیک، تبریز، ایران

2 استادیار، دانشگاه محقق اردبیلی، دانشکده فنی و مهندسی، اردبیل، ایران

3 دانشجوی کارشناسی ارشد، دانشگاه تبریز، دانشکده فنی مهندسی مکانیک، تبریز، ایران

چکیده

پمپ‌های گریز از مرکز با توجه به سادگی طراحی و ساخت نسبت به توربین‌های هیدرولیکی، به‌صورت معکوس به‌عنوان توربین نیز مورد استفاده قرار می‌گیرند. کاربرد پمپ‌های شعاعی به‌عنوان توربین باعث تغییراتی در مشخصه‌های عملکردی آن می‌گردد. در این بررسی، یافتن نقطه بهینه کارکرد پمپ در حالت توربین به صورت عددی مورد مطالعه قرار گرفته و منحنی‌های عملکردی با روش شبیه‌سازی عددی استخراج شده است. با توجه به اینکه پره‌های جداکننده به‌عنوان روشی برای بهبود عملکرد توربوماشین‌ها مورد استفاده قرار گرفته‌اند، در این بررسی نیز علاوه بر شبیه‌سازی کارکرد پمپ اصلی به‌عنوان توربین، به تأثیر پره‌های جداکننده بر عملکرد پمپ به‌عنوان توربین پرداخته خواهد شد. شبیه‌سازی با روش حجم محدود برای حل معادلات اساسی جریان انجام گرفته است. معادلات مومنتم و پیوستگی به صورت متوسط زمانی استفاده شده و از جمله‌ی چشمه برای اثرات شتاب کریولیس و جانب مرکز استفاده می‌گردد. با توجه به ماهیت آشفته جریان در داخل توربین، مدل آشفتگی  k-ω SST با تابع دیواره استاندارد مورد استفاده قرارگرفته است. تحلیل شبه پایا توسط روش چند دستگاه مختصاتی انجام پذیرفته و نتایج توسط رابط روتور ایستا استخراج می‌گردد.  نتایج حاکی از افزایش دبی مربوط به نقطه‌ی بهترین راندمان به هنگام کارکرد توربینی بوده و از طرف دیگر توان پمپ به‌عنوان توربین با پره‌های جداکننده افزایش یافته است. در برابر این افزایش توان، احتمال وقوع پدیده کاویتاسیون در حضور پره‌های جداکننده کاهش می‌یابد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1] Gleick H., Peter Water and energy, Annual review of energy and the environment 19, No. 1, pp. 267-299, 1994.
[2] S. Sheng Yang, K. Fan-Yu, Fu Jian-Hui X. Ling, Numerical research on effects of splitter blades to the influence of pump as turbine, International Journal of Rotating Machinery, Vol. 2012, 2012.
[3] Chapallaz Jean-Marc, P., Eichenberger G., Fischer Manual on pumps used as turbines, 1992.
[4] Amelio, Mario S., Barbarelli, A one-dimensional numerical model for calculating the efficiency of pumps as turbines for implementation in micro-hydro power plants, In ASME 7th Biennial Conference on Engineering Systems Design and Analysis, American Society of Mechanical Engineers, pp. 65-72. 2004.
[5] Singh, Punit, F. Nestmann, An optimization routine on a prediction and selection model for the turbine operation of centrifugal pumps, Experimental Thermal and Fluid Science, 34, No. 2, pp. 152-164, 2010.
[6] S. Derakhshan, A. Nourbakhsh, Experimental study of characteristic curves of centrifugal pumps working as turbines in different specific speeds, Experimental thermal and fluid science, 32, No. 3,pp.: 800-807, 2008.
[7] Sharma K., Small hydroelectric project-use of centrifugal pumps as turbines, Technical Report, Kirloskan Electric Co., Bangalore, India, 1985.
[8] Wong W., Application of centrifugal pumps for powers generation, World Pump, pp. 348–381, 1987.
[9]Ramos H., and Borga A.. Pumps as turbines: an unconventional solution to energy production, Urban Water, Vol. 1, No. 3, pp. 261-263, 1999.
[10] Derakhshan S., Nourbakhsh A., Theoretical, numerical and experimental investigation of centrifugal pumps in reverse operation, Experimental Thermal and Fluid Science, Vol. 32, No. 8, pp.1620-1627, 2008.
[11] Anderson H., Modern developments in the use of large single-entry centrifugal pumps, Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Vol. 169, No. 1, pp. 141-161, 1955.
[12] Derakhshan S., Mohammadi B., Nourbakhsh A., Efficiency improvement of centrifugal reverse pumps, Journal of Fluids Engineering, Vol. 131, No. 2, pp. 021103, 2009.
[13] Derakhshan S., Mohammadi B., Nourbakhsh A., The comparison of incomplete sensitivities and Genetic algorithms applications in 3D radial turbo machinery blade optimization, Computers & Fluids, Vol. 39, No. 10, pp. 2022-2029, 2010.
[14] Singh, Punit, and Franz Nestmann. Internal hydraulic analysis of impeller rounding in centrifugal pumps as turbines, Experimental Thermal and Fluid Science, Vol. 35, No. 1, pp. 121-134, 2011.
[15] Yang, Sun-Sheng, Chao Wang, Kai Chen, and Xin Yuan, Research on Blade Thickness Influencing Pump as Turbine, Advances in Mechanical Engineering, Vol. 2014, 2014.
 [16] Kergourlay G., Younsi M., Bakir F., Rey R., Influence of splitter blades on the flow field of a centrifugal pump: test-analysis comparison, International Journal of Rotating Machinery, Vol. 2007, 2007.
[17] Gölcü M., Pancar Y., Sekmen Y., Energy saving in a deep well pump with splitter blade, Energy Conversion and Management, Vol. 47, No. 5,
pp. 638-651, 2006.
 [18] Shigemitsu T., Fukutomi J., Wada T., Shinohara H., Performance analysis of mini centrifugal pump with splitter blades, Journal of Thermal Science, Vol. 22, No. 6, pp. 573-579, 2013.
[19] Shigemitsu T., Fukutomi J., Kaji K., Wada T., Performance and internal flow condition of mini centrifugal pump with splitter blades, in Proceeding of  IOP Conference Series: Earth and Environmental Science, IOP Publishing, Vol. 15, No. 7, pp. 072001, 2012.
 [20] Li W.-G., Analysis of flow in extreme low specific speed centrifugal pump impellers with multi-split-blade, International Journal of Turbo and Jet Engines, Vol. 23, No. 2, pp. 73-86, 2006.
[21] Hou Y., Li R., Zhang J., Research on the Length Ratio of Splitter Blades for Ultra-high Head Francis Runners,Procedia  Engineering,Vol.31,pp.9296,2012.
 [22] Sun-Sheng, Yang, Kong Fan-Yu, Fu Jian-Hui, and Xue Ling, Numerical research on effects of splitter blades to the influence of pump as turbine, International Journal of Rotating Machinery, Vol. 2012, 2012.
[23] Ehghaghi M. B., Vajdi M., Numerical and Experimental Study of splitter blades effect on the centrifugal pump performance, Modares Mechanical Engineering, Vol. 15, No. 3, pp. 398-410, 2014. (In Persian)
[24] Elder R., Tourlidakis A., Yates M., Advances of CFD in fluid machinery design, John Wiley & Sons, 2003.
[25] Shojaeefard M., Tahani M., Ehghaghi M., Fallahian M., Beglari M., Numerical study of the effects of some geometric characteristics of a centrifugal pump impeller that pumps a viscous fluid, Computers & Fluids, Vol. 60, pp. 61-70, 2012.
[26]Menter F.R.,Two-equationeddy-viscosityturbulencemodelsforengineering applications,AIAAjournal,Vol.32,No.8,pp.1598-1605, 1994.
[27] Spence R., Amaral-Teixeira J., A CFD parametric study of geometrical variations on the pressure pulsations and performance characteristics of a centrifugal pump, Computers & Fluids, Vol. 38, No. 6, pp. 1243-1257, 2009.
[28] Stickland M. T., Scanlon T. J., Blanco-Marigorta E., Fernandez-Francos J., González-Pérez J., Santolaria-Morros C., Numerical flow simulation in centrifugal pump with impeller-volute interaction, in Proceeding of ASME, pp.147-154, 2010.
[29] A. J. Stepanoff, Centrifugal and axial flow pumps, 1948.
[30] Šavar M., Hrvoje  K. and Sutlović I.. Improving centrifugal pump efficiency by impeller trimming. Desalination 249, No. 2, pp. 654-659, 2009.
[31] Yang W., Xiao R., Wang F., Wu Y., Influence of splitter blades on the cavitation performance of a double suction centrifugal pump, Advances in Mechanical Engineering, Vol. 2014, 2014.