液力透平回收能量影响因素分析及措施.pdf

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1、第38卷第5期化工机械607液力透平回收能量影响因素分析及措施吴应德+1祁应军1边元立1刘霞’孟宪林2崔保顺3(1．兰州水泵总厂；2．天津市海王星海上工程技术有限公司；3．云南云维集团工程公司)摘要从液力透平性能、回收装置配置和运行工况调节3个方面探讨了运用新的水力设计理论来设计高性能的叶轮以及优化透平结构的方法，使液力透平与相关设备性能、流程工况参数相匹配，并保证回收装置在高效区工作，以达到提高能量回收率的目的。关键词液力透平能量回收配置调节中图分类号TQ051．1文献标识码B文章编号0254-6094(2011)

2、05-0607-03液力透平能量回收装置的作用是把流体压力能转化成机械能或电能。充分回收液体剩余压能，提高液力透平能量回收装置的效率，是人们普遍关心的问题。影响能量回收的因素有3方面：一是液力透平本身的性能，液流经过透平后转化成机械能的效率越高，能量回收越充分；二是液力透平与工作机等设备的性能配置，例如在选择液力透平时需要确定负载的大小，否则会出现透平出力不足或超负载运转，导致透平运行效率降低；三是因流程工况发生变化，使得液力透平偏离设计工况时，通过调节透平运行参数以获得新的最优工况点，这种调节可能引起系统余压能的损

3、失，影响了回收效率。为此，笔者从以上3方面探讨设计高性能的叶轮和优化透平的方法。1液力透平性能因素工业流程中常用的液力透平类型有冲击式、轴流式、混流式及反转泵等。其中，反转泵一般应用比较多，用泵反转做透平由于可选择型号较广，成本低，所以其应用范围较大，但是用泵反转做透平的效率一般在60％～85％。液力透平综合性能有较大差异，由于调节流量变化，运行中也存在一些问题：效率较低，节能效果不明显；或者效率高，但稳定性不好，不能很好适应流量的变化。性能优良的液力透平具有以下特点：设计工况效率高，高效区范围宽，稳定性好，节能量显

4、著。1．1能量损失分析液力透平内部流动状况决定其外特性参数，透平效率叼的计算式为：町=型喘斧土(1)町2———而瓦—一‘1，式中P。。——流动损失；P，，——容积损失；P。r机械损失。可以得出液力透平内部的各项损失是影响其效率的实质因素。1．1．1流动损失流动损失多发生在边界层区域及叶轮进出口区域，是由流体的粘性而引起的压力损失。大部分流动损失如摩擦损失、分离损失及二次流损失等与流量的平方成正比：．，2hd=f："。3-(2)式中邑——阻力系数；t，——绝对速度。而冲击损失与最优工况流量的平方成正比：h。：f。警(3

5、)式中￡——阻力系数；埘。。-一冲击速度。1．1．2容积损失容积损失发生于转子与壳体的间隙处，由泄}吴应德，男，1971年5月生，高级工程师。甘肃省兰州市，730000。608化工机械2011年漏引起流量损失，泄漏量的计算式为：q。=弘～／29H(4)式中妒——流量系数；A——泄漏面积；日——间隙压差。1．1．3机械损失机械损失包括轴承、轴封等部位固体摩擦损失，以及叶轮盖板外侧与流体摩擦引起的圆盘损失。圆盘功率损失近似为：P。=蜘“3D2(5)式中K——试验系数；u——叶轮外缘速度；D——叶轮外径。1．2提高液力透平

6、性能的方法1．2．1水力设计运用先进的设计理论与方法，设计新型透平叶轮，现已研制成功的有径向叶轮、可逆式叶轮等。在流场测试与模拟的基础上，改进原有透平模型的结构。增加导叶、补焊蜗壳隔舌、盖板边缘及叶轮进口边磨圆等，局部修改结构尺寸能明显提高效率。透平叶轮的几何结构(叶轮外径、叶片形状、叶片数量及进出口安放角等)对透平综合性能影响很大，设计时合理选择各参数的大小，提高透平性能。1．2．2结构设计整体优化液力透平的结构，减少透平的容积损失和机械损失。PEI公司设计的透平增压泵，泵轮与透平轮装在一个壳体内，结构紧凑，实现独

7、立工作。对于密封环结构，减小间隙面积、加长间隙长度以增加泄漏阻力，也可采用机械密封或动力密封形式，减少容积损失。减小叶轮外径和表面粗糙度，降低圆盘损失，采用耐磨材料或添加润滑剂以减少主轴轴承的摩擦损失。1．2．3开发工具采用CAD和CFD等设计计算软件，建立液力透平模型，进行流动模拟、性能预测及结构改进等工作，能减少研究者的复杂劳动，周期短、成本低。2回收装置配置因素2．1回收装置配置方案水力透平的布置方式有电动机(或蒸汽机)辅助驱动式(图1)和直接驱动式(图2)。I1水力透平I乜机流称泉图1水力透平辅助驱动布置i1

8、水力透平流程泵&玑Q，图2水力透平直接驱动布置液力透平与负载及流程工况参数匹配方案包括功率(N)、转速(n)、流量(Q)及压差(H)等要素。以图1所示布置方式为例，其相关参数匹配条件为：nm=nl2n。Ⅳm=Nt-N,(6)Q。=Q。Q，=Q。，AH，=AH。AHp=AH。p式中t——液力透平；P_高压泵；卜电动机；AH蚍、Q。——透平段压差、