Pumps as turbines : a study of the performance prediction methods

The present work is a study of the performance predictive methods of the PAT, Pumps as Turbines, also called HPRT, Hydraulic Power Recovery Turbines. These machines are pumps that are used as turbines by inverting their rotational speed and the inlet and outlet sections. This thesis consists of an analysis and comparison of the possible ways we can use to predict the performances of a pump when it is used as a turbine. We have considered three main different, and complementary, typologies of analysis: the predictive models, based on experimental results and theoretical studies; the CFD simulation of the machine functioning; the experimental test of real machines. We have applied the three different approaches to the PAT performances prediction to one real case study, which has been designed, produced and tested. As a conclusion of this thesis we have defined the possible strategy to answer to the requirement of selecting the best PAT for a known plant application. In terms of selection procedure we suggest to apply and compare the results obtained with the Javia, Stepanoff, Sharma and Gulich experimental methods. For the performance prediction, the most reliable results, compared to the experimental, are those obtained with the Gulich theoretical method and with the CFD simulation. We finally suggest to use these procedures for other applications, so to verify and improve their capability of producing reliable results.

In questo lavoro si affronta il tema delle pompe in funzionamento di turbine, chiamate PAT o altrimenti HPRT, turbine idrauliche a recupero. Questa tesi è un’analisi e conseguente confronto dei possibili modi con cui è possibile predire le prestazioni di una pompa che venga usata come turbina. Si sono in particolare considerate tre tipologie di metodi predittivi: i metodi desunti dalla letteratura, basati su dati sperimentali e su studi teorici; la simulazione CFD ed infine il test sperimentale. Questi tre metodi sono stati poi applicati ad un caso studio reale dove si è affrontata la selezione della macchina, il suo studio ed infine la sua produzione. Il principale obiettivo di questa tesi è infatti l’individuazione del migliore iter possibile per la selezione e la caratterizzazione delle performance di una pompa funzionante in modalità di turbina. Dal punto di vista della selezione, si suggerisce di applicare e confrontare i risultati ottenuti con i metodi di Javia, Stepanoff, Sharma e Gulich sperimentale. Per la previsione delle prestazioni, invece, i risultati più affidabili, confrontati con quelli derivati dal test, sono stati ottenuti applicando il metodo teorico di Gulich e dalla simulazione CFD. Si suggerisce infine di applicare queste procedure ad ulteriori casi-studio , così da verificare e migliorare le loro capacità di produrre risultati affidabili.