Покращення енергетичних показників підвідної частини високонапірної гідротурбіни

Abstract

У статті представлені деякі результати обчислювального дослідження просторового турбулентного потоку в'язкої рідини в проточній частині високонапірної турбіни РО500, виконаного за допомогою пакету прикладних програм CFX-TASCflow. Для покращення енергетичних характеристик на етапі попереднього проєктування турбіни слід проводити числове моделювання потоку. Такий CFD-підхід зменшує витрати та час у порівнянні з експериментальним підходом і дає можливість покращити та проаналізувати характеристики гідротурбіни та її конструкцію до виготовлення моделі. Обчислювальний комплекс програм надає можливість побачити картину розподілу тиску, поле векторів швидкостей та рух частинок рідини для обґрунтування та аналізу результатів. Чисельне моделювання просторового потоку в проточній частині гідротурбіни було проведено для визначення змін енергетичних характеристик, тому була обрана k-ε модель турбулентності. В результаті розрахунку було визначено розподіл швидкостей та тисків у різних елементах гідротурбіни для різних профілів напрямного апарату. Проведено аналіз втрат енергії в проточній частині високонапірної гідротурбіни: спіральна камера, статор з плоскими кільцями, напрямний апарат, робоче колесо та відсмоктувальна труба на оптимальний режим роботи гідротурбіни, а також проведено аналіз впливу відкриття напрямного апарату на зміну втрат енергії в різних елементах проточної частини. Також було розглянуто питання підвищення енергетичної ефективності проточних частин високонапірної гідротурбіни.

The article presents some results of a computational study of the spatial turbulent flow of a viscous fluid in the flow space of a high-head turbine Fr500, performed using the CFXTASCflow application software package. To improve the energy characteristics at the stage of preliminary turbine design, numerical simulation of the flow should be carried out. Such a CFD approach reduces costs and time compared to the experimental approach and makes it possible to improve and analyze the characteristics of the hydroturbine and its design before manufacturing the model. The computational complex of programs provides an opportunity to see the pressure distribution pattern, the velocity vector field and the motion of fluid particles for substantiation and analysis of the results. Numerical simulation of the spatial flow in the flow section of the hydroturbine was carried out to determine changes in energy characteristics, therefore, the k-ε turbulence model was chosen. As a result of the calculation, the distribution of speeds and pressures in various elements of the hydroturbine was determined for different profiles of the guide vane. An analysis of energy losses in the flow part of the high-head hydroturbine was carried out: a spiral case, a stator with flat rings, a guide vane, an runner and a suction pipe for the optimal operation mode of the hydroturbine, and an analysis of the influence of opening the guide vane on the change in energy losses in various elements of the flow space was also carried out. The issue of increasing the energy efficiency of the flow space of the high-head hydroturbine was also considered.