بازیافت توان هیدرولیکی به وسیله تجهیزات دوار

[P O U R I A]

در بسیاری از فرآیندها یک سیال پر فشار باید از یک ولو خفگی (throttle valve) عبور کند. این شیرهای خفگی فشار را کاهش داده و انرژی هیدرولیکی سیال را به هدر می‌دهند. برای بازیافت توان به هدر رفته می‌توان به جای شیر فشار شکن از یک تجهیز دوار بازیافت توان (power recovery) استفاده نمود.


توربین‌ها و پمپ‌های بازیافت توان هیدرولیکی، این توان را به توان مکانیکی تبدیل می‌کنند. این انرژی مکانیکی را می‌توان با استفاده از ژنراتور (generator) به انرژی الکتریکی تبدیل کرد و یا از آن برای درایو یک وسیله دوار دیگر مانند پمپ (pump)، کمپرسور (compressor) و مانند آن استفاده نمود. با استفاده از توربین‌های بازیاب توان هیدرولیکی می‌توان حدود 85 درصد از انرژی اتلافی در شیرهای خفگی را بازیابی نمود.



توربین‌های بازیاب توان هیدرولیکی (hydraulic power recovery turbine) یا HPRT توربین‌هایی هستند که به وسیله آن‌ها می‌توان این فشار اضافی را به کار مکانیکی تبدیل نموده و راندمان کل فرآیند را افزایش داد. روش دیگر برای بازیافت توان، استفاده از پمپ با کارکرد به صورت معکوس است که انرژی هیدرولیکی را به انرژی مکانیکی تبدیل می‌کنند. به این حالت، استفاده از پمپ به صورت توربین (pump as turbine) یا PaT می‌گویند. اگر با اصلاح پمپ‌ها از آن‌ها به عنوان توربین احیای توان هیدرولیکی استفاده شود، هزینه سرمایه-گذاری اولیه آن از توربین‌های معمولی کم‌تر خواهد شد. در صورتی که میزان کاهش فشار اندک هم باشد، این پمپ‌ها باز هم می‌توانند توجیه اقتصادی داشته باشند.

 

[P O U R I A]

تقریبا هر پمپ سانتریفوژی را می‌توان به عنوان توربین (turbine) به کار برد. در این صورت جریان سیال عکس شده و خروجی پمپ، محل ورود سیال و ورودی آن، محل خروج سیال خواهد بود. در توربین‌های احیای توان هیدرولیکی بزرگ باید در محفظه پمپ اصلاحاتی صورت گیرد تا نحوه عبور جریان سیال بهبود یابد.

​

هنگام استفاده از پمپ به جای توربین باید به تفاوت‌های آن دو توجه نمود. این تفاوت‌ها عبارت‌اند از:

1. راندمان بهترین نقطه کاری توربین تقریبا با راندمان بهترین نقطه کاری پمپ منطبق بوده و یا بسته به سایز، اندکی از آن بزرگ‌تر است.
2. منحنی راندمان توربین در شرایط کاری با بار کم‌تر از بار نامی، نسبت به منحنی راندمان پمپ افت کم‌تری دارد.
3. بیش‌ترین راندمان توربین به ازای جریان و ارتفاع بیش‌تری رخ می‌دهد. در نتیجه ظرفیت کاری توربین بیش‌تر از پمپ است.
4. توان محوری در بهترین نقطه کاری توربین (turbine best efficiency point) اندکی بیش‌تر از توان محوری در بهترین نقطه کاری پمپ است.
5. حساسیت نسبت به کاویتاسیون (cavitation) در حالت کارکرد به عنوان توربین نسبت به حالت پمپ کم‌تر است. چرا که نقطه کم فشار در خروجی توربین است.
6. به دلیل امکان افزایش سرعت توربین به میزان 140 درصد تا 200 درصد سرعت نامی، باید از چرخ‌دنده‌های کاهنده برای انتقال قدرت به ژنراتور استفاده نمود تا ژنراتور در سرعت‌های 1500 یا 1000 دور در دقیقه (برای فرکانس 50 هرتز) کار کند. در این حالت باید طراحی روتور ژنراتور بر مبنای سرعت 3000 دور در دقیقه صورت گیرد.
7. زمان بازگشت سرمایه در این توربین‌ها نسبتا پایین است و در نقاط متعددی به جای شیر خفگی از آن استفاده شده است.