Гідродинамічне удосконалення поворотно-лопатевої гідротурбіни на основі використання просторового профілювання лопатей робочого колеса

Abstract

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.05.17 – гідравлічні машини та гідропневмоагрегати. – Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", Харків, 2017. Дисертацію присвячено вирішенню важливої науково-технічної задачі покращення енергетичних характеристик проточної частини низьконапірної осьової гідротурбіни. Виконано огляд науково-технічних джерел щодо методів досліджень гідродинамічних процесів у проточних частинах поворотно-лопатевих гідротурбін. За результатами чисельних досліджень просторової течії в'язкої нестисливої рідини в проточній частині вертикальної поворотно-лопатевої осьової гідротурбіни ПЛ20/3271у Кременчуцької ГЕС отримано детальну інформацію про структуру потоку у всіх елементах проточної частини в широкому діапазоні режимів роботи за допомогою програмного комплексу IPMflow, розробленого в ІПМаш НАН України. Досліджено вплив параметрів потоку на вході в розрахункову область на характеристики проточної частини, встановлено діапазон режимів роботи низьконапірної вертикальної осьової турбіни, при яких забезпечується рівномірний розподіл гідродинамічних величин в окружному напрямку на вході в робоче колесо. Запропоновано підхід до просторового профілювання лопатей робочих коліс осьових гідротурбін, заснований на застосуванні складних навалів в осьовому й окружному напрямках, який дозволяє підвищити ефективність проточної частини. Встановлено закономірності впливу складних осьових і окружних навалів робочих коліс на структуру потоку та інтегральні енергетичні показники, що використовуватимуться при проектуванні та модернізації проточних частин осьових гідротурбін. Розроблено робоче колесо з комбінованим периферійним навалом сучасної високоефективної низьконапірної осьової гідротурбіни ПЛ20/3271у Кременчуцької ГЕС з покращеними енергетичними показниками.

The dissertation for the degree of Candidate of Technical Sciences in the specialty 05.05.17 – hydraulic machines and hydropneumatic units. – National Technical University "Kharkiv Polytechnic Institute", Kharkiv, 2017. The thesis is devoted to solving of important scientific and technical problem of improving the energy characteristics of the flow part of Kaplan turbine. A review of the scientific and technical literatures on the methods of testing of hydrodynamic processes in flow parts of the Kaplan turbines has been carried out. According to the results of numerical investigations of the spatial flow of a viscous incompressible fluid in the flow part of the Kaplan turbine PL 20/3271у of the Kremenchug HPP detailed information on the structure of flow in all elements of the flow part in a wide range of operating modes has been received using software complex IPMflow developed at IPMash NAS of Ukraine. The influence of flow parameters at the inlet to the computational domain on the characteristics of the flow part has been investigated, a range of operation modes of Kaplan turbine that provide uniform distribution of the hydrodynamic values in circular direction at the inlet to the runner has been established. The approach to spatial profiling of the runner blades of Kaplan turbines based on the use of complex offsets in the axial and circular directions, which allows improving the energy characteristics of a flow part has been proposed. The influence of complex axial and circular offsets of the runners on flow structure and integral energy parameters that can be used in the design and modernization of the flow parts of Kaplan turbines have been established. The runner with combined peripheral offset of the modern high-performance Kaplan turbine ПЛ20/3271у Kremenchug HPP with improved energy performance has been developed.