Analiza stanu nieustalonego podczas współpracy pompy wirowej ze zbiornikiem powietrza

Abstrakt

W artykule przedstawiono analizę stanu nieustalonego podczas współpracy pompy wirowej ze zbiornikiem zawierającym sprężone powietrze. Rozważany układ obejmuje pompę tłoczącą ciecz ze zbiornika ssawnego do zamkniętego zbiornika, w którym następuje sprężanie poduszki powietrznej. W przeciwieństwie do klasycznych układów pompowych pracujących w pobliżu ustalonego punktu pracy, analizowany układ charakteryzuje się ciągłą zmianą charakterystyki hydraulicznej wynikającą ze wzrostu ciśnienia sprężanego gazu i wysokości słupa wody. Oznacza to, że pompa pracuje w warunkach dynamicznych, a jej punkt pracy nie jest stanem ustalonym. Ten rodzaj pracy w układzie pompa wirowa – zbiornik powietrza nie był dotychczas analizowany. Artykuł przedstawia metodykę obliczania parametrów takiego układu w stanie nieustalonym. Podane są równania opisujące dynamikę rozruchu pompy, zmiany prędkości obrotowej zespołu wirującego oraz przyspieszanie słupa cieczy w układzie. Omówiono wpływ momentu bezwładności, strat mechanicznych oraz zmian statycznej wysokości podnoszenia związanej ze sprężaniem powietrza. Podkreślono, że charakterystyka układu zmienia się znacznie wolniej niż charakterystyka pompy podczas rozruchu, co powoduje okresową przewagę energii oddawanej przez pompę do układu od tej traconej w układzie. W pracy omówiono możliwość wykorzystania praw podobieństwa – nie analizowanych w tym kontekście w dostępnych publikacjach oraz charakterystyk Sutera do wyznaczania chwilowych parametrów pracy pompy w stanach przejściowych. Zwrócono uwagę na ograniczenia wynikające z niepełnego podobieństwa przepływu podczas pracy poza punktem projektowym. Analizowany układ może stanowić podstawę zarówno klasycznych instalacji hydroforowych, jak i systemów magazynowania energii wykorzystujących sprężone powietrze oraz pompy pracujące rewersyjnie jako turbiny (PAT).