Проєктування високонапірних робочих коліс радіально-осьових гідротурбін

Abstract

Енергетичні характеристики гідротурбіни, відображаючи сумарний ефект взаємодії потоку з робочими органами, дозволяють судити про роботу машини в цілому. Інформацію про енергетичні якостях окремих елементів проточної частини дає енергетичний баланс. Залучаючи дані енергетичного балансу можливо виявити найбільш сприятливі умови спільної роботи елементів проточної частини, тобто домогтися їх погодження для підвищення рівня ККД – найважливішого енергетичного показника гідротурбіни. Для поліпшення енергетичних показників спроєктованої гідротурбіни проводиться різноманітний аналіз, тобто досліджується залежність кінематичних і енергетичних характеристик гідротурбіни від її геометричних параметрів. Такий аналіз здійснюється для пошуку найбільш раціональних варіантів проточної частини. В роботі представлено проєктування проточної частини високонапірної радіально-осьової гідротурбіни РО400, виконаного за допомогою програм розроблених на кафедрі «Гідравлічні машини ім. Г. Ф. Проскури». Викладено методику аналізу енергетичних характеристик, засновану на застосуванні безрозмірних параметрів. Для поліпшення енергетичних показників на попередньому етапі проєктування гідротурбіни проводяться багатоваріантні розрахунки впливу геометричних показників робочого колеса на формування енергетичних показників гідротурбіни. Для обґрунтування та аналізу результатів будується прогнозна універсальна характеристика гідротурбіни. Для аналізу формування енергетичних характеристик гідротурбін використовували загальні кінематичні властивості просторових решіток, а також загальні закономірності взаємодії потоку рідини з робочим колесом. Виконано аналіз втрат енергії в проточній частині радіально-осьової гідротурбіни: спіральній камері, напрямному апарату, робочому колесі і відсмоктуючій трубі на оптимальному режимі роботи гідротурбіни, а також аналіз впливу геометричних елементів робочого колеса на зміни втрат енергії в проточній частини. Наведені результати розрахункового дослідження підтверджують, що для збільшення рівня ККД, при збереженні показників оптимального режиму, необхідно змінювати як місце положення вихідної кромки робочого колеса, так і закон розподілу кутів вздовж неї.

The energy characteristics of the hydroturbine, reflecting the total effect of the interaction of the flow with the working bodies, allow us to judge the operation of the machine as a whole. Information about the energy qualities of individual elements of the flow space is provided by the energy balance. Using the data of the energy balance, it is possible to identify the most favorable conditions for the joint operation of the elements of the flow space, that is, to achieve their agreement to increase the level of efficiency – the most important energy indicator of the hydroturbine. In order to improve the energy performance of the designed hydroturbine, various analyzes are conducted, that is, the dependence of the kinematic and energy characteristics of the hydroturbine on its geometric parameters is investigated. Such an analysis is carried out to find the most rational options for the flow space. The paper presents the design of the flow space of the high head hydroturbine FR400, performed with the help of programs developed at the department "Hydraulic machines named after G. F. Proskura". The method of energy characteristics analysis, based on the application of dimensionless parameters, is described. To improve the energy indicators at the preliminary stage of the hydro turbine design, multivariate calculations of the influence of the geometric indicators of the runner on the formation of the energy indicators of the hydroturbine are carried out. To substantiate and analyze the results, a predictive universal characteristic of the hydroturbine is built. To analyze the formation of energy characteristics of hydroturbines, the general kinematic properties of spatial lattices, as well as the general regularities of the interaction of the fluid flow with the runner, were used. The analysis of energy losses in the flow space of the high head turbine Francis: the spiral case, the guide vane, the runner and the draft tube at the optimal operating mode of the hydroturbine, as well as the analysis of the effect of the geometric elements of the runner on the changes in energy losses in the flow space, was performed. The given results of the calculation study confirm that in order to increase the level of efficiency, while maintaining the indicators of the optimal mode, it is necessary to change both the position of the starting edge of the impeller and the law of the distribution of angles along it.