16193.旋轉(zhuǎn)式能量回收裝置水力沖擊角度與轉(zhuǎn)速特性研究

1、旋轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)式能量回收裝置式能量回收裝置水力沖擊角度與水力沖擊角度與轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速特性特性研究研究Studyonhydraulicimpactinganglerotatingspeedofrotaryenergyrecoverydevice學(xué)科專業(yè)：化學(xué)工程研究生：孫揚(yáng)平指導(dǎo)教師：王越副教授天津大學(xué)化工學(xué)院二零一四年六月I摘要隨著人們對節(jié)能的日益重視，近些年反滲透海水淡化技術(shù)迅猛發(fā)展，能耗大幅降低。能耗的降低很大程度上有賴于能量回收裝置的全面利用

2、。能量回收裝置可分為透平式和正位移式兩種，作為正位移式能量回收裝置的一種，水力自驅(qū)旋轉(zhuǎn)式能量回收裝置有結(jié)構(gòu)緊湊、操控簡便、流體連續(xù)性好等優(yōu)點(diǎn)，成為近年來能量回收裝置的研究熱點(diǎn)。本文設(shè)計(jì)并加工了6種螺旋導(dǎo)流塊，其沖擊角度分別為67.8、68.5、69.9、72.5、75.1和77.9。將上述螺旋導(dǎo)流塊分別依次固定在不銹鋼端盤上，然后將上下端盤以及轉(zhuǎn)子組裝成轉(zhuǎn)芯，連同其它零部件一起裝入有機(jī)玻璃筒體中組成水力自驅(qū)旋轉(zhuǎn)式能量回收裝置。在0.6M

3、Pa的系統(tǒng)壓力下分別測定系統(tǒng)流量為5.1m3h1、5.8m3h1、6.5m3h1以及7.1m3h1時(shí)的轉(zhuǎn)速，得出轉(zhuǎn)速隨系統(tǒng)流量、沖擊角度的變化關(guān)系；設(shè)計(jì)并加工了一種帶測速窗的不銹鋼筒體，用其替換有機(jī)玻璃筒體，在高壓下分別測定系統(tǒng)流量為8m3h1、9m3h1、10m3h1和10.7m3h1時(shí)的轉(zhuǎn)速，得出轉(zhuǎn)速隨流量、壓力、沖擊角度的變化關(guān)系。上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：⑴隨著系統(tǒng)流量的增大，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速呈增大的趨勢；⑵隨著沖擊角度的變大，轉(zhuǎn)速呈先增大后減

4、小的變化趨勢；⑶隨著壓力的上升，裝置轉(zhuǎn)速會先增大至最大值，然后逐漸減小直至進(jìn)入一個(gè)不穩(wěn)定區(qū)，最后降為零。裝置在高壓下不能穩(wěn)定運(yùn)行的原因?yàn)檗D(zhuǎn)子在轉(zhuǎn)動過程中受到的阻力過大，阻力來源可能如下：⑴轉(zhuǎn)芯同軸度的降低；⑵螺旋導(dǎo)流塊上的沉頭螺紋孔引起的渦流；⑶空蝕現(xiàn)象。本文對此進(jìn)行了排除實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明阻力可能是由轉(zhuǎn)芯同軸度降低以及空蝕現(xiàn)象引起。本文對課題組已推導(dǎo)出的特定幾何規(guī)格的水力自驅(qū)旋轉(zhuǎn)式能量回收裝置轉(zhuǎn)速的理論計(jì)算公式進(jìn)行了如下三項(xiàng)修正：⑴將轉(zhuǎn)子

5、所受動力矩計(jì)算過程進(jìn)行修正；⑵將轉(zhuǎn)子套筒與轉(zhuǎn)子之間的周面粘性阻力矩的計(jì)算過程進(jìn)行修正；⑶將上下端盤與轉(zhuǎn)子上下端面之間的端面粘性阻力考慮進(jìn)來。利用修正后的理論公式算出四個(gè)實(shí)驗(yàn)流量4.4m3h1、5.0m3h1、6.0m3h1和7.1m3h1下的理論轉(zhuǎn)速值，將其與相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)轉(zhuǎn)速值進(jìn)行對比發(fā)現(xiàn)理論轉(zhuǎn)速略高于實(shí)驗(yàn)轉(zhuǎn)速，兩者相對誤差不超過12%，此誤差來自于推導(dǎo)過程中的兩項(xiàng)假設(shè)：⑴3#～5#流體通道所對應(yīng)的沖擊角度相同；⑵忽略了螺旋導(dǎo)流結(jié)構(gòu)與轉(zhuǎn)子