Банников Д.В.   Черный С.Г.   Чирков Д.В.   Скороспелов В.А.   Турук П.А.  

Оптимизационное проектирование лопасти гидротурбины, обеспечивающей минимальные динамические нагрузки на конструкцию

Reporter: Черный С.Г.

     Предложенный ранее авторами метод автоматического проектирования оптимальной формы проточной части гидротурбин [1] дополняется критерием, направленным на минимизацию динамических нагрузок на конструкцию. Динамические нагрузки обусловлены пульсациями давления, которые вызываются прецессирующим кавитационным вихрем в отсасывающей трубе и возможными резонансными явлениями в напорном трубопроводе и в отсасывающей трубе [2]. Наиболее полными моделями, описывающими прецессию вихревого жгута, являются нестационарные трехмерные уравнения движения несжимаемой жидкости. Недостатком использования таких моделей в оптимизационном проектировании являются значительные затраты вычислительных ресурсов на их решение. С другой стороны, существуют аналитические модели закрученного течения, которые позволяют оперативно определять зависимости пульсаций. Однако они требуют ручной корректировки эмпирических параметров, что затрудняет формализацию данных моделей в автоматизированной системе.
      В работе предлагается критерий, который позволяет косвенно уменьшать амплитуду пульсаций давления путем обеспечения на входе в отсасывающую трубу профиля скорости специального вида. Проведены расчеты пульсаций давления с использованием указанных выше полных и аналитических моделей для различных профилей скорости на входе в отсасывающую трубу и определен характерный профиль, обеспечивающий наименьшую амплитуду пульсаций давления. Полученные результаты сравниваются с экспериментальными данными.
      С использованием предложенного критерия решена задача оптимизационного проектирования геометрии рабочего колеса гидротурбины, обеспечивающего увеличенное значение КПД и уменьшенные динамические нагрузки на заданных режимах.

1. Черный С.Г., Чирков Д.В., Лапин В.Н., Скороспелов В.А., Шаров С.В. Численное моделирование течений в турбомашинах – Новосибирск: Наука. – 2006. – 202 с.
2. Андреев В.Б, Броновский Г.А., Веремеенко И.С. и др. Справочник по гидротурбинам. Л.: Машиностроение, Ленингр. Отд-ние, 1984. – 496 c.