Применение серийных насосов в качестве гидротурбин для малой энергетики

Рассмотрены основные факторы, определяющие особенности применения серийных насосов при работе в турбинном режиме. Проведена оценка существующих формул определения гидравлических параметров, обеспечивающих эффективную работу центробежного насоса в качестве турбины, которые сопоставлены с эксперимента...

Ausführliche Beschreibung

Gespeichert in:

Bibliographische Detailangaben
Datum:	2011
1. Verfasser:	Дедков, В.Н.
Format:	Artikel
Sprache:	Russian
Veröffentlicht:	Інстиут проблем машинобудування ім. А.М. Підгорного НАН України 2011
Schriftenreihe:	Проблемы машиностроения
Schlagworte:	Аэро- и гидромеханика в энергетических машинах
Online Zugang:	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/110201
Tags:	Tag hinzufügen Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Zitieren:	Применение серийных насосов в качестве гидротурбин для малой энергетики / В.Н. Дедков // Проблемы машиностроения. — 2011. — Т. 14, № 4. — С. 24-30. — Бібліогр.: 12 назв. — рос.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	irk-123456789-110201
record_format	dspace
spelling	irk-123456789-1102012017-01-01T03:02:54Z Применение серийных насосов в качестве гидротурбин для малой энергетики Дедков, В.Н. Аэро- и гидромеханика в энергетических машинах Рассмотрены основные факторы, определяющие особенности применения серийных насосов при работе в турбинном режиме. Проведена оценка существующих формул определения гидравлических параметров, обеспечивающих эффективную работу центробежного насоса в качестве турбины, которые сопоставлены с экспериментальными данными. Для получения недостающих данных наряду с проведением испытаний на экспериментальных стендах возможно применение методов расчета трехмерного вязкого течения в проточной части насосов. Розглянуті основні чинники, що визначають особливості застосування серійних насосів під час роботи в турбінному режим. Проведена оцінка існуючих формул визначення гідравлічних параметрів, що забезпечують ефективну роботу відцентрового насоса як турбіни, які зіставлені з експериментальними даними. Для отримання бракуючих даних разом з проведенням випробувань на експериментальних стендах можливе застосування методів розрахунку тривимірної в'язкої течії в проточній частині насосів. The main factors determined the features of applying the serial pumps at operation in the turbine regime are under consideration. The estimation was done for existing formulas determined hydraulic parameters supplied effective operation of the centrifugal pump as a turbine. These parameters were compared with experimental data. Besides testing on the experimental bench the numerical research is possible for simulation the 3D viscid flow in air-gas channel of pump 2011 Article Применение серийных насосов в качестве гидротурбин для малой энергетики / В.Н. Дедков // Проблемы машиностроения. — 2011. — Т. 14, № 4. — С. 24-30. — Бібліогр.: 12 назв. — рос. 0131-2928 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/110201 621.224 ru Проблемы машиностроения Інстиут проблем машинобудування ім. А.М. Підгорного НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Russian
topic	Аэро- и гидромеханика в энергетических машинах Аэро- и гидромеханика в энергетических машинах
spellingShingle	Аэро- и гидромеханика в энергетических машинах Аэро- и гидромеханика в энергетических машинах Дедков, В.Н. Применение серийных насосов в качестве гидротурбин для малой энергетики Проблемы машиностроения
description	Рассмотрены основные факторы, определяющие особенности применения серийных насосов при работе в турбинном режиме. Проведена оценка существующих формул определения гидравлических параметров, обеспечивающих эффективную работу центробежного насоса в качестве турбины, которые сопоставлены с экспериментальными данными. Для получения недостающих данных наряду с проведением испытаний на экспериментальных стендах возможно применение методов расчета трехмерного вязкого течения в проточной части насосов.
format	Article
author	Дедков, В.Н.
author_facet	Дедков, В.Н.
author_sort	Дедков, В.Н.
title	Применение серийных насосов в качестве гидротурбин для малой энергетики
title_short	Применение серийных насосов в качестве гидротурбин для малой энергетики
title_full	Применение серийных насосов в качестве гидротурбин для малой энергетики
title_fullStr	Применение серийных насосов в качестве гидротурбин для малой энергетики
title_full_unstemmed	Применение серийных насосов в качестве гидротурбин для малой энергетики
title_sort	применение серийных насосов в качестве гидротурбин для малой энергетики
publisher	Інстиут проблем машинобудування ім. А.М. Підгорного НАН України
publishDate	2011
topic_facet	Аэро- и гидромеханика в энергетических машинах
url	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/110201
citation_txt	Применение серийных насосов в качестве гидротурбин для малой энергетики / В.Н. Дедков // Проблемы машиностроения. — 2011. — Т. 14, № 4. — С. 24-30. — Бібліогр.: 12 назв. — рос.
series	Проблемы машиностроения
work_keys_str_mv	AT dedkovvn primenenieserijnyhnasosovvkačestvegidroturbindlâmalojénergetiki
first_indexed	2025-07-08T00:15:05Z
last_indexed	2025-07-08T00:15:05Z
_version_	1837035656033861632
fulltext	АЭРО- И ГИДРОМЕХАНИКА В ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ МАШИНАХ ISSN 0131–2928. Пробл. машиностроения, 2011, Т. 14, № 4 24 4. Численное исследование пространственного течения вязкой жидкости в спиральной камере осевой гидротурбины / А. В. Русанов, Д. Ю. Косьянов, П. Н. Сухоребрый, О. Н. Хорев // Восточ.-Европ. журн. передовых технологий. – 2010. – № 5/7 (47). – С. 33–36. 5. Турбины гидравлические вертикальные поворотно-лопастные осевые и радиально-осевые. Типы, основные параметры и размеры. – ОСТ 108.023.15–82. – Л., 1984. – 264 с. 6. Русанов А. В. Численное моделирование течений вязкой несжимаемой жидкости с использованием неявной квазимонотонной схемы Годунова повышенной точности / А. В. Русанов, Д. Ю. Косьянов // Восточ.-Европ. журн. передовых технологий. − 2009. − № 5. − С. 4−7. 7. Menter F.R. Two-Equation Eddy-Viscosity Turbulence Models for Engineering Applications / F.R. Menter // AIAA J. − 1994. − Vol. 32, № 8. − P. 1598–1605. 8. Русанов А. В. Математическое моделирование нестационарных газодинамических процессов в проточных частях турбомашин / А. В. Русанов, С. В. Ершов. − Харьков: Ин-т пробл. машино- строения. НАН Украины, 2008. − 275 с. 9. Губин М. Ф. Отсасывающие трубы гидроелектростанций / М. Ф. Губин. – М: Энергия, 1970. − 270 с. Поступила в редакцию 06.09.11 УДК 621.224 В. Н. Дедков, канд. техн. наук Институт проблем машиностроения им. А.Н.Подгорного НАН Украины (г. Харьков, e-mail: dedkov@ipmach.kharkov.ua) ПРИМЕНЕНИЕ СЕРИЙНЫХ НАСОСОВ В КАЧЕСТВЕ ГИДРОТУРБИН ДЛЯ МАЛОЙ ЭНЕРГЕТИКИ Рассмотрены основные факторы, определяющие особенности применения серийных на- сосов при работе в турбинном режиме. Проведена оценка существующих формул опре- деления гидравлических параметров, обеспечивающих эффективную работу центро- бежного насоса в качестве турбины, которые сопоставлены с экспериментальными данными. Для получения недостающих данных наряду с проведением испытаний на экс- периментальных стендах возможно применение методов расчета трехмерного вязкого течения в проточной части насосов. Розглянуті основні чинники, що визначають особливості застосування серійних насосів під час роботи в турбінному режим. Проведена оцінка існуючих формул визначення гід- равлічних параметрів, що забезпечують ефективну роботу відцентрового насоса як турбіни, які зіставлені з експериментальними даними. Для отримання бракуючих даних разом з проведенням випробувань на експериментальних стендах можливе застосуван- ня методів розрахунку тривимірної в'язкої течії в проточній частині насосів. Введение Одним из возможных направлений применения возобновляемых источников энергии (ВИЭ) для экономии топливно-энергетических ресурсов в Украине является использование гидроэнергетического потенциала малых рек. В работе [1] показано, что стоимость электро- энергии, выработанной на микро- и малых ГЭС, уже сейчас ниже стоимости электроэнергии, выработанной на традиционных типах электростанций, в том числе на газотурбинных, вет- ровых, АЭС и ТЭС. К тому же из-за постоянно растущих цен на энергоносители стоимость электроэнергии на традиционных электростанциях постоянно повышается. Использование гидроэнергетического потенциала малых рек будет способствовать децентрализации объе- диненной энергетической системы и улучшению энергоснабжения отдаленных и труднодос- тупных районов сельской местности. Именно таким путем пошли страны Евросоюза. На- пример, в Швейцарии процент производства электроэнергии на малых ГЭС достиг уже АЭРО- И ГИДРОМЕХАНИКА В ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ МАШИНАХ ISSN 0131–2928. Пробл. машиностроения, 2011, Т. 14, № 4 25 8,3%, в Испании – 2,8%, в Швеции – почти 3%, а в Австрии – все 10%. Тем же путем дви- жутся Китай, ставший за последние десятилетия лидером в создании малой гидроэнергетики (около 18–20% всей электроэнергии в стране поставляют более 80 тысяч малых ГЭС) и быв- шие советские республики (Литва, Киргизия, Армения и др.). Важной составляющей этого процесса является применение мини и микроГЭС для децентрализованного энергоснабже- ния и выработки тепловой энергии для потребителей, удаленных от промышленных сетей, например, в горных районах, фермерских хозяйствах и т.п. Увеличение стоимости энергоно- сителей побудило интерес к освоению новых потенциальных источников энергии, в качест- ве которых могут служить имеющиеся перепады в оросительных каналах, акведуках, водо- проводных и технологических сетях и даже транспортные нефтепроводы. В качестве первого шага в Украине для стимулирования использования возобнов- ляемых источников энергии на законодательном уровне можно отметить принятие так назы- ваемых «зеленых тарифов», которые обязывают покупать произведенную на них электро- энергию по специально установленным расценкам, подобно практике, существующей в странах Европы. Одной из причин, препятствующих широкому внедрению в настоящее время в Ук- раине мини и микроГЭС, является высокая стоимость киловатта установленной мощности оборудования, которая связана с практическим отсутствием специализированных фирм, вы- полняющих весь комплекс работ – от разработки оборудования, его изготовления и монтажа с последующей пусконаладкой и сервисным обслуживанием. За рубежом существует более 300 фирм-производителей гидротурбинного оборудования различных типов мини и микро- ГЭС на различные параметры, но стоимость оборудования довольно высока и составляет величину порядка 1500–2000 $/кВт, что приводит к значительным срокам окупаемости обо- рудования. Альтернативой является предложение использовать в качестве гидравлических тур- бин для микроГЭС серийно выпускаемые насосы, которые в диапазоне мощностей 5÷1000 кВт могут успешно конкурировать с большинством применяемых типов гидротур- бин при значительно меньших сроках окупаемости. Особенности использования насосов в турбинном режиме Исследования возможности использования насосов в качестве турбин для генериро- вания энергии проводились в 90-х годах в Германии [2, 3], Англии [4], Иране [5], Индии [6– 7] и других странах. Возросшее в последнее время количество публикаций о проведении ис- следований по данной тематике в Англии, США, России, а также о конкретном применении в развивающихся странах [7,8] подтверждает необходимость и перспективность использова- ния насосов в малой энергетике. В основе этого предложения лежит известное из теории и практики гидромашино- строения положение о том, что гидравлическая машина является обратимой, а насосы имеют достаточно высокую эффективность в турбинном режиме и имеют некоторые преимущества по сравнению с существующими гидротурбинами для мини и микроГЭС в указанном диапа- зоне мощностей: − отсутствует необходимость разрабатывать конструкции и налаживать мелкосерийное производство оборудования, т. к. насосы уже производятся, а номенклатура достаточно широка; − серийные насосы, как правило, поставляются с асинхронным двигателем, который может быть использован в качестве генератора; − высокая эффективность преобразования энергии, часто соответствующая уровню специ- ально разработанных гидротурбин; − относительно низкая стоимость оборудования, которая обеспечивает быструю окупае- мость мини и микроГЭС, простота обслуживания и ремонта; АЭРО- И ГИДРОМЕХАНИКА В ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ МАШИНАХ ISSN 0131–2928. Пробл. машиностроения, 2011, Т. 14, № 4 26 − простота и компактность конструкции позволяет рассматривать различные компоновки агрегатов мини и микроГЭС, что приводит к снижению стоимости проектирования строительной части мини и микроГЭС и сроков строительства. К недостаткам использования насосов в качестве гидротурбин следует отнести: − круто падающую форму кривой КПД, близкую к форме пропеллерной гидротурбины, что требует или узкого диапазона срабатываемых напоров или установки частотного конвер- тора, допускающего работу генератора с переменной частотой вращения с последующим преобразованием в промышленную частоту, что удорожает установку; − отсутствие экспериментальных характеристик насосов в турбинном режиме работы, ко- торые необходимы для оптимального выбора оборудования на заданные параметры; − отсутствие, как правило, регулирующих органов в насосе (кроме задвижки на напорном трубопроводе, использование которой приводит к ухудшению условий работы при час- тичных нагрузках). На рис. 1 представлены области использования для различных типов гидротурбин, применяемых в качестве энергетического оборудования мини и микроГЭС, и область напо- ров и мощностей, в которой могут быть использованы серийные насосы по данным работы [2]. Из приведенной диаграммы следует, что серийные насосы могут заменить оборудование мини и микроГЭС для турбин типа Банки, радиально-осевых типа Френсиса и активных турбин типа Пельтона в диапазоне напоров Н = 10–100 м. Для обоснованного выбора типа насоса, который обеспечивает в определенных ра- бочих режимах требуемые параметры турбинного режима, необходимо наличие характери- стики в данном режиме. Отсутствие экспериментальных характеристик насосов в турбинном режиме приводит к необходимости устанавливать на основе известной насосной характери- стики соотношения между значениями напора HТηmax/HНηmax и расхода QТηmax/QНηma для точки с максимальным КПД в турбинном и насосном режимах приближенно при помощи теорети- ческого анализа [2–8], в том числе с использованием методов вычислительной гидродина- мики (CFD) [9, 10]. Рассмотрим особенности течения в насосном и турбинном режимах для рабочего ко- леса насоса. Приближенно эти соотношения можно установить на основе анализа треуголь- ников скоростей и уравнения Эйлера ( )ВСВСНАПНАПТЕОР 1 UUUU UVUV g H ⋅−⋅= . (1) При предпо- ложении, что макси- мальные значения КПД имеют место при условии подвода потока к рабочему колесу в насосном режиме без предвари- тельного закручива- ния (VU ВС = 0) и осе- вого выхода потока из лопастной системы в турбинном режиме (VU ВС = 0), уравне- ние (1) с учетом гид- равлического КПД проточной части ηг будет иметь вид для насосного режима Рис. 1. Области использования стандартных насосов в качестве турбин по данным [2] АЭРО- И ГИДРОМЕХАНИКА В ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ МАШИНАХ ISSN 0131–2928. Пробл. машиностроения, 2011, Т. 14, № 4 27 ( )НН гН Н 1 UU UV g H ⋅= η , (2) а для турбинного режима ( )ТНгТТ 1 UV g H U ⋅=η . (3) При равенстве циркуляций, создаваемых или срабатываемых лопа- стной системой, из урав- нений (2) и (3) следует, что для точек с макси- мальным КПД отношение напоров турбинного и на- сосного режимов HТ,ηmax/HН,ηmax = 1/ηгН⋅ηгТ. (4) Для определения соотношения между зна- чениями расхода QТ,max/QН,max для точки с максимальным КПД в турбинном и насосном режимах рассмотрим совмещенные треугольники скоростей в турбинном и насосном режи- мах на напорной стороне рабочего колеса (р.к.), приведенные на рис. 2. При расчете геометрии элементов отвода насоса для достижения максимальной эф- фективности проточной части угол выхода потока в абсолютном движении αн должен соот- ветствовать углу отвода αсп. Следовательно, в турбинном режиме поток натекает на р.к. под углом αсп = αн в абсолютном движении, а оптимальный режим характеризуется минимумом ударных потерь на входе, т. е равенством углов βт = βлоп в относительном движении. Чтобы достичь этого, расходная скорость VmТ должна быть выше в режиме турбины, чем в режиме насоса. По этой же причине насос в турбинном режиме имеет максимальный КПД при больших значениях расхода по сравнению с режимом нагнетания, что приводит к примерно одинаковому значению максимального КПД или, особенно для низких быстроходностей, даже более высокому в режиме турбины, чем в режиме насоса [5]. Относительная величина объемных и дисковых потерь в точке с максимальным КПД ниже за счет большей мощно- сти, развиваемой р. к. в турбинном режиме. Для схемы бесконечного числа лопастей угол потока в относительном движении βп на выходе в насосном режиме совпадает с углом установки лопасти βлоп, что имеет место и в турбинном режиме. За счет отклонения потока из-за влияния конечного числа лопастей в насосном режиме происходит уменьшение угла потока βн при сохранении величины расход- ной составляющей скорости VmH по сравнению со схемой бесконечного числа лопастей. Та- ким образом, соотношение расходов в оптимумах характеристик QТ,max/QН,max в основном зависит от величины отклонения потока, который в свою очередь определяется геометриче- скими параметрами лопастной системы р. к. Для определения величины отклонения потока в рамках струйной теории существует несколько разновидностей поправок на конечное число лопастей, заданых эмпирическими зависимостями, предложенными рядом авторов. Однако такой способ основан на весьма грубых допущениях, т. к. не учитывается форма профилей лопасти, геометрия подвода и от- вода и пространственные эффекты в проточной части насоса. В большинстве рассмотренных работ [2–8] этот вопрос исследовался на основе экс- периментальных данных и теоретического анализа. На практике при отсутствии информа- ∞ СПα Нβ ∞ ∞ Рис. 2. Совмещенные треугольники скоростей в турбинном и насосном режимах на напорной стороне рабочего колеса АЭРО- И ГИДРОМЕХАНИКА В ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ МАШИНАХ ISSN 0131–2928. Пробл. машиностроения, 2011, Т. 14, № 4 28 ции о параметрах турбинного режима применяют приближенные формулы расчета, предло- женные рядом авторов. Так, например, соотношения между значениями напора HТ,ηmax/HН,ηmax и расхода QТ,ηmax/QНηmax для точки с максимальным КПД в турбинном и насосном режимах составляют по данным монографии Степанова [11] гТгНmaxН maxТ ТгНгmaxН max 1 Q ,1 η⋅η == η⋅η == η η η η Q q H H h T , (5) что совпадает с уравнением (4), а по данным Шармы [10] 2.1 HmaxmaxН maxТ Hmax 8.0 maxН maxT 1 Q ,1 η == η == η η η η Q q H H h . (6) Результаты, полученные по этим соотношениям в зависимости от исследуемой бы- строходности, типа и конструкции насоса, имели очень большой разброс результатов – от ±2 до ±20% отклонений от экспериментальных данных [10]. Экспериментальные исследования насос-турбин На универсальном гидродинамическом стенде лаборатории гидромашин ИПМаш НАН Украины проведены модельные исследования двух вариантов рабочих колес РК-1 и РК-3 для турбинного и насосного режимов работы в проточной части обратимой гидрома- шины быстроходностью 200. Проточная часть модели гидромашины состоит из спиральной камеры, имеющей скоростной коэффициент во входном сечении K = 0,87; статора с торои- дальными кольцами и числом колонн Z1 = 8 постоянной высоты b1 = 0,149D1; направляюще- го аппарата (н. а.) с 16 лопатками (Z0 = 16) высотой b0 = 0,149D1 и симметричным профилем, диаметр расположения осей поворота D0 = 1,16D1; (р. к.) ОРО 7О/5215 (РК-1) с диаметром D1 = 0,35 м и числом лопастей Z1 = 6, диаметром на всасывающей стороне Dвс = 0,6D1; изо- гнутой отсасывающей трубы с коленом турбинного типа. Кроме описанной проточной части обратимой гидромашины проведены эксперимен- тальные исследования двух вариантов р. к. РК-1 и РК-3 в проточной части с демонтиро- ванным н. а. В случае отсутствия н.а. про- точная часть идентична проточной части насоса, что позволяет использовать резуль- таты экспериментальных исследований для получения экспериментальных характери- стик и уточнения приближенных формул расчета гидравлических параметров в тур- бинном режиме. Экспериментальные характеристики исследованного варианта проточной части с р. к. РК-1 для турбинного (ТР) и насосного режимов (НР) приведены на рис. 3–5. В на- сосостроении принято использовать безраз- мерные коэффициенты напора ψ, подачи- расхода Φ и мощности π, которые вычисля- ются по формулам 22 Dn H ⋅ =ψ , 3Dn Q ⋅ =Φ , 53π Dn P ⋅ = и связаны с приведенными вели- чинами ! 1n и ! 1Q , обычно используемыми в турбиностроении, следующими соотноше- 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 Ф П С И НР ТР Рис. 3. Зависимости коэффициента напора в ТР и НР от коэффициента расхода 0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 0.45 0.5 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 Ф П И НР ТР Рис. 4. Зависимости коэффициента мощности в ТР и НР от коэффициента расхода АЭРО- И ГИДРОМЕХАНИКА В ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ МАШИНАХ ISSN 0131–2928. Пробл. машиностроения, 2011, Т. 14, № 4 29 ниями: Ψ=Φ⎟⎟ ⎠ ⎞ ⎜⎜ ⎝ ⎛ =ψ *,60 ! 1 2 ! 1 Q n . Результаты исследований подтвер- ждают основные положения, полученные из литературных источников и проведенного анализа. Максимальное значение КПД в турбинном режиме имеет место при боль- ших значениях напоров и расходов, чем в насосном режиме, что приводит к увеличе- нию мощности турбины. Экспериментальные параметры в оп- тимумах характеристик турбинного и насосного режимов для исследуемых проточных час- тей при отсутствии н. а. приведены в табл. 1. Таблица 1. Экспериментальные параметры р.к. РК-1 и РК-3 в оптимумах характеристик Экспериментальные параметры в оптимумах характеристик Турбинный режим Насосный режим Шифр проточной части ! 1Q , м3/с ! 1n , мин-1 η, % ! 1Q , м3/с ! 1n , мин-1 η, % РК-1 0,358 89,0 84,2 0,33 98,0 87,0 РК-3 0,365 88,8 85,4 0,335 92,0 89,6 Сравнение экспериментально полученных соотношений между значениями напора h = HТηmax/HНηmax и расхода q = QТηmax/QНηmax в точках с максимальным КПД в турбинном и насосном режимах для р. к. РК-1 и РК-3 с результатами, полученными по зависимостям (5), (6), приведены в табл. 2. Для р.к. РК-1 величины h и q, определенные экспериментально, ближе всего к определенным по формуле (4), которая совпадает с рекомендациями Степано- ва, а для р.к. РК-3 ближе к величинам, определенным по рекомендациям Шармы. Указанные р.к. имеют одинаковые число лопастей, значения b0 и Dвс и угла установки лопасти βлоп на напорной стороне, но отличаются геометрией меридионального сечения и межлопастного канала. Оптимизация геометрии лопасти приводит к значительному повышению КПД в тур- бинном и особенно в насосном режиме для РК-3 и соответственно к уменьшению значений h и q по сравнению с экспериментальными. Кроме того, в табл. 2 приведено сравнение рас- четных и экспериментальных данных, полученных из источников [5, 10, 12] для насосов в диапазоне быстроходностей nsн = 56–297. Оно также подтверждает разброс результатов от- клонений расчетных и экспериментальных данных [10], доходящий по напору до 5, а по расходу – до 12%, причем для рассматриваемого диапазона быстроходностей ближе к экс- периментальным оказываются рекомендации Степанова. Поэтому статистические методы обработки данных экспериментальных исследований, которые применены в работах [5, 8, 10], не могут обеспечить приемлемой точности прогнозирования гидравлических па- раметров турбинного режима. Перспективным способом определения соотношение напоров и расходов в оптимумах характеристик является наряду с экспериментальными использова- ние расчетных методов вычислительной гидродинамики (CFD) в трехмерной постановке, что подтверждают результаты, полученные в работах [9, 10]. 30 40 50 60 70 80 90 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 Ф КП Д НР ТР Рис. 5. Зависимости КПД в ТР и НР от коэффициента расхода АЭРО- И ГИДРОМЕХАНИКА В ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ МАШИНАХ ISSN 0131–2928. Пробл. машиностроения, 2011, Т. 14, № 4 30 Таблица 2. Сравнение экспериментальных и расчетных величин h и q Быстро- ходность КПД Эксперимент Расчет по формуле (5) Расчет по формуле (6) Расчет СFD Тип р. к. nsн ηгН (ηгН) ηгТ h q h q h q h q насос [12] 297 0,91 0,84 1,25 1,379 1,263 1,238 1,2 1,119 – – РК-1 205 0,91 0,882 1,238 1,208 1,245 1,116 1,1198 1,0783 – – РК-3 195 0,934 0,894 1,09 1,137 1,195 1,0926 1,091 1,0597 – – насос [5] 144 0,85 – 1,4 1,35 1,38 1,18 1,22 1,14 – – насос [10] 56 0,89 – 1,518 1,25 1,52 1,23 1,15 1,097 1,55 1,219 Заключение 1. Анализ литературных источников показывает, что применение серийных насосов в качестве гидротурбин является успешной альтернативой применению специально разрабо- танных гидротурбин для мини и малых ГЭС. 2. Для надежного применения насосов в качестве гидротурбин производителям не- обходимо получать характеристики насосов в турбинном режиме экспериментально, что может способствовать расширению их рынков и лучшему использованию доступного гид- равлического потенциала 3. При условии наличия геометрии и накоплении определенного опыта возможно использование методов расчета трехмерного вязкого течения в проточной части для получе- ния необходимых гидравлических параметров серийных насосов в турбинном режиме с удовлетворительной точностью. Литература 1. Мхитарян Н. М. Основные направления и стратегия развития возобновляемой энергетики в Ук- раине / Н. М. Мхитарян // Відновлювана енергетика. – 2005. – № 1. – С. 8–18. 2. Engeda A. Auswahl von Kreiselpumpen als Turbinen / A. Engeda, P. Strate, M. Rautenberg // Pumpenta- gung Karlsruhe’88, Sektion A6, Fachgemeinschaft Pumpen im VDMA, Frankfurt/Main, Oktober 1988. – P. 12–19. 3. Baumgarten S. Pumpen als Turbinen / S. Baumgarten, W. Guder // KSB Pump company, Technik kom- pakt, July 2005. – № 11. – P. 2–9. 4. Williams A. A. The turbine performance of centrifugal pumps: a comparison of predictionmethods / A. A. Williams // Proc. IMech. Part A. – 1994. – Vol. 208. – P. 59–66. 5. Nourbakhsh A. Mini and Micro Hydropower Stations for Production Inexpensive Energy / A. Nourbakhsh, S. Derakhshan // HIDROENERGIA 2008-05-04, Intern. Conf. and Exhibition, SMALL HYDROPOWER, Bled-Slovenia, 11-13 June 2008. 6. Singh P. Performance Evaluation of the Pump as Turbine based Micro Hydro Project in Kinko Village, Tanzania / P. Singh, V. Ramasubramanian, A. Rao // Himalayan Small Hydropower Summit, Dehradun, India, October 12–13, 2006. – P. 159–166. 7. Maher P. Assessment of pico hydro as an option for off-gridelectrification in Kenya / P. Maher, N. A. Smith, A. A. Williams // J. Renewable Energy. – 2003, Vol. 28. – P. 1357–1369. 8. Singh P. Experimental andComputational Studies of the Effect of «Casing Eye Rib» on the Swirl Flow at the Exit of a Pump as Turbine / P. Singh, J. T. Kshirsagar, S. Caglar // Proc. ASME Heat Transfer. – Flu- ids Eng. – July 2004, Charlotte, North Carolina, USA, ASME HT-FED2004. 9. Tamm MSc. Analysis of a standart pump in reverse optration using CFD / MSc. Tamm, A. Bråten, B. Stoffel // 20nd IAHR Symposium of Hydraulic Machinery and System, August 6–9, 2000, Charlotte, North Caroline, USA. – PD-05. 10. Rodrigues А. Hydraulic Analysis of a Pump as aTurbine with CFD and Experimental Data / A. Rodrigues, P. Singh, A. A. Williams // IMech seminar Computational Fluid Dynamics for Fluid Ma- chinery, London, 18th November, 2003. 11. Степанов А. И. Центробежные и осевые насосы / А. И. Степанов. – М.: Машгиз, 1960. – 464 с. 12. Рябинин В. Е. Обратимые гидромашины для ГАЭС / В. Е. Рябинин // Тр. ВНИИГидромаш. – Вып. 41. – М., 1970. – C. 69–82. Поступила в редакцию 15.06.11

Применение серийных насосов в качестве гидротурбин для малой энергетики

Institution

Ähnliche Einträge