Parametric Investigation of Pelton Turbine Injector under Hydro-abrasive Erosion Conditions

Message:
Article Type:
Research/Original Article (دارای رتبه معتبر)
Abstract:
In high-head Pelton turbines, the injector faces severe erosion due to suspended sediment leading to a reduction in turbine efficiency and higher maintenance costs. Here, the effects of design parameters such as the bend angle of the nozzle pipe, nozzle angle, and needle angle along with an operating parameter stroke ratio on hydro-abrasive erosion of Pelton turbine injector are numerically investigated. The Volume of Fluid (VOF) model was implemented for capturing the interphase between air and water; whereas, the SST k-ω model is used for modelling the turbulence effect. For tracking the discrete phase, a Eulerian-Lagrangian based Discrete Phase Model (DPM) is considered. The bend angles led to flow circulations in the nozzle pipe causing the non-uniform distribution of sediment concentration and uneven erosion patterns. Irrespective of the bend angle, the erosion hotspot in the needle is observed toward the bend side. Further, for larger sediment particles, higher bend angles lead to more erosion rate in both the nozzle and needle and must be avoided to prevent excessive damage. As the needle angle increases from 40° to 60° for a constant nozzle angle, the nozzle erosion rate increases by 70% and the needle erosion rate decreases by 99%. Hence, an injector design can be optimized in hydro-abrasive erosion conditions by selecting a needle angle between 40° and 60°. Further, the operation of the injector at too high and low a stroke ratio results in excessive erosion of the nozzle and needle, respectively. In this study, a stroke ratio of 0.45 is found to be the most suitable for hydro-abrasive erosion conditions. Moreover, the asymmetricity in the erosion pattern of the needle increases with needle angle and stroke ratio resulting in jet quality degradation, one major reason for efficiency reduction in Pelton turbines.
Language:
English
Published:
Journal Of Applied Fluid Mechanics, Volume:17 Issue: 1, Jan 2024
Pages:
89 to 104
https://www.magiran.com/p2638312  
دانلود و مطالعه متن این مقاله با یکی از روشهای زیر امکان پذیر است:
اشتراک شخصی
با ثبت ایمیلتان و پرداخت حق اشتراک سالانه به مبلغ 1,390,000ريال، بلافاصله متن این مقاله را دریافت کنید.اعتبار دانلود 70 مقاله نیز در حساب کاربری شما لحاظ خواهد شد.

پرداخت حق اشتراک به معنای پذیرش "شرایط خدمات" پایگاه مگیران از سوی شماست.

اگر مقاله ای از شما در مگیران نمایه شده، برای استفاده از اعتبار اهدایی سامانه نویسندگان با ایمیل منتشرشده ثبت نام کنید. ثبت نام

اشتراک سازمانی
به کتابخانه دانشگاه یا محل کار خود پیشنهاد کنید تا اشتراک سازمانی این پایگاه را برای دسترسی نامحدود همه کاربران به متن مطالب تهیه نمایند!
توجه!
  • حق عضویت دریافتی صرف حمایت از نشریات عضو و نگهداری، تکمیل و توسعه مگیران می‌شود.
  • پرداخت حق اشتراک و دانلود مقالات اجازه بازنشر آن در سایر رسانه‌های چاپی و دیجیتال را به کاربر نمی‌دهد.
In order to view content subscription is required

Personal subscription
Subscribe magiran.com for 70 € euros via PayPal and download 70 articles during a year.
Organization subscription
Please contact us to subscribe your university or library for unlimited access!