Разработан метод определения частот и форм собственных гидроупругих колебаний рабочих колес радиальноосевых гидротурбин. Собственные формы колебаний конструкции в жидкости исследованы в виде ряда по собственным формам колебаний в вакууме. Собственные частоты и формы колебаний в вакууме определены с помощью метода конечных элементов. Решение задачи определения индуцированного давления жидкости на элементы конструкции получено с использованием метода сингулярных интегральных уравнений. Осуществлен численный анализ.

Приведены результаты обобщения обширных экспериментальных исследований по оптимизации относительного шага сопловых и рабочих венцов в двух- и трёхступенчатых осевых малоразмерных турбинах со ступенями скорости. Предложены статистические соотношения по выбору этого параметра как при полном, так и парциальном подводе рабочего тела в широких диапазонах по числам Маха и Рейнольдса.

Розроблено математичну модель течії рідини у проточній частині радіального напрямного апарата (НА), що дозволяє визначити за методом гідродинамічних особливостей гідродинамічні показники спіральної камери, колон статора і лопаток НА для реальних режимів роботи гідротурбіни. Уперше на етапі проектування використано модель тривимірної течії рідини у підводі гідротурбіни для визначення гідродинамічних характеристик потоку у лопатевих системах з урахуванням взаємного впливу елементів. Розроблено та апробовано ефективний метод двовимірного обтікання лопатевих систем у багатозв'язній області, який суттєво покращує існуючий ітераційний алгоритм С.Д.Косторного та дозволяє однозначно й точно виконати розрахунки та оцінювати взаємний вплив елементів. Підтверджено та узагальнено двовимірний підхід для розв'язання аналогічної тривимірної задачі на ЕОМ великої потужності. Запропоновано алгоритм числового розрахунку координат фокуса профілю та впливу геометричних параметрів підводу гідротурбіни на її енергетичні характеристики, що дозволяє цілеспрямовано змінювати варіант проектного рішення проточної частини.

Проаналізовано особливості розв'язання 3D задачі відривного обтікання лопатей робочого колеса гідротурбіни в'язким потоком. Запропоновано алгоритм розрахунку просторового відривного обтікання лопаті методом гідродинамічних особливостей за допомогою джерел-стоків. Викладено алгоритм розрахунку гідродинамічних навантажень на лопаті у випадку відривного обтікання. Надано алгоритм нестаціонарного обтікання 2D профілів в'язкою рідиною. Вміщено алгоритм розрахунку плоского нестаціонарного граничного шару для випадку обтікання нерухомих тіл і тіл, що обертаються навколо осі з кутовою швидкістю кінцево-різницевим методом. Наведено результати чисельного моделювання течії 3D потоку в області робочого колеса на прикладі гідротурбіни Salta Grande (Аргентина).

Наведено результати числового моделювання впливу геометричних і режимних параметрів на енергетичні характеристики радіально-осьових гідротурбін. На базі математичного опису робочого процесу за допомогою комплексу математичних моделей енергетичної взаємодії потоку з робочими органами гідротурбіни встановлено взаємозв'язок геометричних, кінематичних і режимних параметрів. Розроблено узагальнену модель опору підвідної частини, яка враховує зміну коефіцієнта опору напрямного апарата (НА) в діапазоні відкриттів, що охоплюють найбільш важливі експлуатаційні режими роботи. На підставі даної моделі проведено числові дослідження й отримано узагальнені графіки, що відображають вплив кута спіралі, висоти НА, форми профілю на коефіцієнт опору підвідної частини гідротурбіни. Встановлено залежності енергетичних показників від геометричних і режимних параметрів. Отримано залежності для оптимального режиму, що дозволило змоделювати вплив геометричних параметрів проточних частин, які враховують зміну коефіцієнта опору підвідної частини за умов зміни відкриття НА. Проведено числові дослідження на базі запропонованих залежностей, що зв'язують геометричні, режимні та енергетичні параметри, узгоджуються з дослідними даними.

  Скачати повний текст

Розроблено дві параметричні моделі решітки вісьової турбіни з прямолінійною центральною ділянкою та без неї. Здійснено програму TOpGrid для побудови параметричних тривимірних розрахункових сіток з можливістю їх збереження в універсальний формат CGNS. Визначено параметри сітки та CFD-методу, які забезпечують найкращий збіг з відповідним експериментом. Визначений вплив простого та складного тангенціального навалу на структуру тривимірної течії, коефіцієнт інтегральних витрат і витрату робочого тіла в кільцевих напрямних решітках вісьових турбін. Показано, що шляхом застосування складного тангенціального навалу, можна зменшити інтегральні витрати кільцевої напрямної решітки вісьової турбіни. Доведено коректність проведення оптимізації ізольованих кільцевих напрямних решіток вісьових турбін. Проведено дослідження ефективності даного алгоритму з використанням двох параметричних моделей лопатки за різних відношеннях горла решітки до висоти лопатки зі збереженням витрати робочого тіла через решітку.

Розглянуто теоретичні засади оптимального проектування та методи пошуку оптимальних рішень. Увагу приділено задачам оптимального проектування проточної частини осьових турбін. Розкрито питання визначення оптимальної кількості ступенів і оптимізації параметрів ступеня уздовж радіуса з урахуванням просторової течії робочого тіла. Проаналізовано вплив протікання на оптимальні закони закручення вінців турбінних ступенів. Запропоновано методику побудови оптимальних профілів лопаток турбін.

Представлен алгоритм и численный метод расчета аэроупругого поведения и потерь энергии в турбинной ступени в трехмерном потоке вязкого газа на основе решения связанной задачи нестационарной аэродинамики и упругих колебаний лопаток с учетом протечек в радиальном зазоре.

Запропоновано підхід до геометричного моделювання замкової частини лопатки осьової турбіни, кріплення якої здійснюється за допомогою "ялинкового" замка. Розроблено програму, яка залежно від заданих параметрів дозволяє одержати твердотільну модель ніжки лопатки.

Надано новий підхід до побудови обводів спинки та коритця профілю лопатки осьової турбіни раціональними параметричними кривими Без'є, які враховують вплив вагових коефіцієнтів вузлових точок.

Запропоновано новий підхід до побудови еліптичних кромок лопаток осьових турбін параметричними поверхнями Безьє (ПБ), в яких положення вершин характеристичного багатогранника визначаються шляхом мінімізації різниці між одержаними кривими ПБ та еліптичними кромками лопатки.

Запропоновано новий підхід до побудови обводів спинки і коритця профілів лопаток осьових турбін, що базується на поєднанні можливостей кривих Безьє, яким властиві високі аеродинамічні показники, та графічного способу побудови параболи за заданими до неї дотичними, що надають можливості одержувати координати вузлових точок ламаних Безьє.

Определены гидродинамические характеристики элементов проточной части. Установлены их влияния на формирование энергетических характеристик радиально-осевой гидротурбины.

Представлены результаты расчетного исследования пространственного вязкого течения жидкости в трапециевидной спиральной камере вертикальной осевой поворотно-лопастной гидротурбины ПЛ20. Расчеты проведены с помощью программного комплекса FlowER-U. Выполнен анализ структуры потока и потерь энергии.

Запропоновано метод геометричного моделювання охолоджуваних лопаток осьових турбін, що мають по висоті криволінійну форму осьової лінії або тангенціальний навал відносно кореневих перерізів лопатки.

Розроблено методику моделювання впливу геометричних параметрів лопатевих систем радіально-осьових гідромашин на гідродинамічні характеристики та енергетичні показники, що дозволяє суттєво підвищити рівень проектування проточної частини. Встановлено загальні закономірності у зміні гідродинамічних характеристик робочого колеса радіально-осьової гідротурбіни в широкому діапазоні швидкохідності, що є основою для удосконалення проточної частини та застосування методів оптимізації. Одержано аналітичні залежності, що визначають вплив геометричних і режимних параметрів робочого колеса на розподіл параметрів потоку вздовж вихідної кромки робочого колеса, для оцінки ефективності взаємодії елементів проточної частини. Розглянуто підхід до формування лопатевої системи робочого колеса, що забезпечує максимум гідравлічного к.к.д. на задані параметри оптимального режиму.

Представлены результаты исследований в гидролотке модели вертикально-осевой водной турбины с прямыми лопастями. Показана способность водной турбины с управляемыми лопастями самозапускаться при малой скорости набегающего потока.

Отмечено, что новая вертикальная осевая турбина с гибкими профилями была разработана и предварительно протестирована непосредственно в русле реки. Дизайн турбины базировался на предварительном упрощенном математическом анализе и тестировании модели для оптимизации взаимодействия турбины с окружающей гидродинамической средой. Проведена оценка нескольких аналитических моделей с точки зрения их сложности, точности и расчетного времени. Наиболее подходящей для дальнейших аналитических исследований и оптимизации конструкции гибкого профиля турбины признана каскадная модель. В данном случае оригинальная каскадная модель сочеталась с улучшенными эффектами динамического срыва, кривизны потока, изменением угла профиля. После таких улучшений настоящая модель становится сравнимой с теми, что используются для комплексного расчетного анализа динамики потока, но не требует значительных расчетного времени и расходов. Таким образом, модель, предложенная в данном исследовании, может быть использована для быстрой оценки экспериментов в лабораторных условиях и условиях эксплуатации, а также процесса оптимизации дизайна для улучшения функции и конструкции турбины в различных окружающих средах.

На большинстве гидроагрегатов с поворотно-лопастными турбинами, установленных на ГЭС Украины и России, нет расходомеров воды. Турбины находятся в эксплуатации много лет, их статические и динамические характеристики существенно изменились, но в штатных системах автоматического управления используют заводскую комбинаторную зависимость (КЗ), так как коррекцию заводской КЗ без измерения расхода воды через турбину выполнить нельзя. В адаптивной САУ с минимальным среднеквадратическим отклонением мощности измерять расход воды не нужно. На Волжской ГЭС при выполнении натурных энергетических испытаний созданы режимы с оптимальной КЗ турбины и с минимальным СКО мощности. Оказалось, что в этих режимах каждая турбина имеет практически одинаковые значения индексного к.п.д, превышающие индексный кпд штатной САУ на 1 - 3 %.