Погодження елементів проточної частини високоефективної оборотної гідромашини

Abstract

Розглянуто проблему розвитку гідроакумулюючих електростанцій в Україні, особливо в умовах військових дій, що пошкодили енергетичну інфраструктуру та створили дефіцит потужностей. ГАЕС допоможуть стабілізувати енергосистему, накопичуючи енергію в періоди низького навантаження та оперативно використовуючи її під час пікових потреб або аварій, та позитивно вплинуть на роль енергетичної автономії та інтеграцію відновлюваних джерел енергії. Підвищення ефективності гідротурбінного обладнання ГАЕС вимагає вдосконалення проточної частини оборотної гідромашини. В роботі показано, що створення високоефективного устаткування ГАЕС залежить від правильного вибору геометрії елементів проточної частини оборотних гідромашин, для забезпечення необхідного рівня енергетичних показників гідрообладання. Використано рівняння оптимального режиму для розрахункової оцінки кінематичних та енергетичних показників, аналізу їх формування та пошуку раціональних варіантів, які забезпечують задані вимоги до енергетичних показників робочого колеса оборотної гідромашини. Розрахунки виконуються за допомогою безрозмірних кінематичних параметрів, що спрощує процес і усуває необхідність складних обчислень. Наведені дані чисельного аналізу про вплив гідродинамічних параметрів проточної частини на параметри оптимального режиму можуть використовуватися як для профілювання лопатевої системи робочого колеса, з метою покращення енергетичних характеристик (підвищення потужності, рівня ККД та ін.), так і при модифікації лопатевої системи. Наведено метод чисельного експерименту для пошуку оптимальних варіантів лопатевої системи робочого колеса. Запропонований підхід використано для розрахункової оцінки кінематичних та енергетичних характеристик проточних частин гідротурбін у широкому діапозоні напору, а також високонапірних оборотних гідромашин ОРО200 та ОРО500 (як для базових, так і для модифікованих варіантів проточної частини).

The problem of the development of pumped storage power plants in Ukraine is considered, especially in the conditions of military operations, which damaged the energy infrastructure and created capacity shortage. The pumped storage power plants will help stabilize the power system by storing energy during periods of low load and efficiently using it during peak needs or accidents. All this has a positive impact on the role of energy autonomy and the integration of renewable energy sources. Efficiency increase of the hydro-turbine equipment of the PSPP requires the improvement of the water passage of the reversible hydraulic machines. This work shows that the creation of high-efficiency reversible hydraulic equipment depends on the correct selection of the geometry of the pater passage elements of the reversible hydraulic machines, consequently ensure the necessary level of energy characteristics of the hydraulic equipment. The equation of the optimal mode was used for the calculated assessment of kinematic and energy characteristics, analysis of their formation and search for rational variants that provide the specified requirements for the runner energy characteristics of the reversible hydraulic machines. Calculations are carried out using dimensionless kinematic parameters, which simplifies the process and eliminates the need for complex calculations. The numerical analysis data on the influence of the hydrodynamic parameters of the water passage on the parameters of the optimal mode can be used both for profiling the blade system of the runner, with the aim of improving energy characteristics (increasing power, efficiency level, etc.), and for modifying the blade system. The numerical study method for finding optimal variants of the runner blade system is given. The proposed approach was used to estimate the kinematic and energy characteristics of water passages of Francis turbines, as well as high-head reversible hydraulic machines ОRО200 and ОRО500 (both for basic and modified variants of the water passage).