旋转式能量回收装置水力冲击角度与转速特性研究

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1、旋转式能量回收装置水力冲击角度与转速特性研究Studyonhydraulicimpactingangleandrotatingspeedofrotaryenergyrecoverydevice学科专业：化学工程研究生：孙扬平指导教师：王越副教授天津大学化工学院二零一四年六月万方数据独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得天津大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示

2、了谢意。学位论文作者签名：签字日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解天津大学有关保留、使用学位论文的规定。特授权天津大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。（保密的学位论文在解密后适用本授权说明）学位论文作者签名：导师签名：签字日期：年月日签字日期：年月日万方数据摘要随着人们对节能的日益重视，近些年反渗透海水淡化技术迅猛发展，能耗大幅降低。能耗的降低很大程度上有赖于能量回收装置的全面利用。能量回收装置可分为透平式和正位移式两种，作为

3、正位移式能量回收装置的一种，水力自驱旋转式能量回收装置有结构紧凑、操控简便、流体连续性好等优点，成为近年来能量回收装置的研究热点。本文设计并加工了6种螺旋导流块，其冲击角度分别为67.8°、68.5°、69.9°、72.5°、75.1°和77.9°。将上述螺旋导流块分别依次固定在不锈钢端盘上，然后将上下端盘以及转子组装成转芯，连同其它零部件一起装入有机玻璃筒体中组成水力自驱旋转式能量回收装置。在0.6MPa的系统压力下分别测定系统流量为3-13-13-13-15.1m·h、5.8m·h、6.5m·h以及7.1m·h时的转速，得出转速随系统流量、冲击角度的变化关系；设计并加工了

4、一种带测速窗的不锈钢筒体，用其替换有机3-13-13-13-1玻璃筒体，在高压下分别测定系统流量为8m·h、9m·h、10m·h和10.7m·h时的转速，得出转速随流量、压力、冲击角度的变化关系。上述实验结果表明：⑴随着系统流量的增大，转子转速呈增大的趋势；⑵随着冲击角度的变大，转速呈先增大后减小的变化趋势；⑶随着压力的上升，装置转速会先增大至最大值，然后逐渐减小直至进入一个不稳定区，最后降为零。装置在高压下不能稳定运行的原因为转子在转动过程中受到的阻力过大，阻力来源可能如下：⑴转芯同轴度的降低；⑵螺旋导流块上的沉头螺纹孔引起的涡流；⑶空蚀现象。本文对此进行了排除实验，结果表

5、明阻力可能是由转芯同轴度降低以及空蚀现象引起。本文对课题组已推导出的特定几何规格的水力自驱旋转式能量回收装置转速的理论计算公式进行了如下三项修正：⑴将转子所受动力矩计算过程进行修正；⑵将转子套筒与转子之间的周面粘性阻力矩的计算过程进行修正；⑶将上下端盘与转子上下端面之间的端面粘性阻力考虑进来。利用修正后的理论公式算出四个3-13-13-13-1实验流量4.4m·h、5.0m·h、6.0m·h和7.1m·h下的理论转速值，将其与相应的实验转速值进行对比发现理论转速略高于实验转速，两者相对误差不超过##12%，此误差来自于推导过程中的两项假设：⑴3～5流体通道所对应的冲击角度相同

6、；⑵忽略了螺旋导流结构与转子之间的端面间隙泄露量。关键词：反渗透海水淡化能量回收水力自驱转速推导转速变化规律I万方数据ABSTRACTAlongwiththeincreasinglyregardonenergysaving,thetechnologyofSeawaterReverseOsmosisSystem(SWRO)hasbeenrapidlydevelopedrecently,asaresultofwhichtheenergyconsumptionhasbeenreducedsharply.Thereductionofenergyconsumptioncanbeattr

7、ibutedtofullutilizationofEnergyRecoveryDevice(ERD)toagreatextent.ERDcanbedividedintotwotypes:turbineERDandrotaryERD.AsoneoftherataryERD,Hydro-DriveRotaryEnergyRecoveryDevice(HRERD)ischaracterizedbyitscompactsize,easymanipulation,goodfluidcontinuity,becau