МЕТОДИКИ ПРОГНОЗУВАННЯ НИЗЬКОЧАСТОТНИХ ПУЛЬСАЦІЙ ТИСКУ У ВІДСМОКТУЮЧІЙ ТРУБІ ГІДРОТУРБІНИ
Бічна панель сторінки статті
Основний зміст сторінки статті
Анотація
Наведено порівняння сучасних методик розрахунку низькочастотних джгутових пульсацій тиску у відсмоктуючій трубі з експериментом. Вібрації у проточній частині жорстколопатевих гідротурбін суттєво залежать від пульсацій тиску, які обумовлені рухом вихрових джгутів за робочими колесами у відсмоктуючій трубі. Силова взаємодія вихорів з елементами проточного тракту може призвести до серйозних аварій. Розглянуто зменшення низькочастотних пульсацій тиску, що сприяє підвищенню надійності і збільшення потужності гідроагрегатів. У більшості, вихрові джгути мають складну просторову гвинтову форму, тому для розрахунку пульсацій тиску треба використовувати просторові математичні моделі. Це можуть бути сучасні пакети програм гідродинаміки, які вирішують завдання механіки суцільного середовища і використовують рівняння Рейнольдса. Процес вирішення завдань в цьому випадку здійснюється за допомогою пакету прикладних програм CFD, що включає етапи: створення тривимірної моделі розглянутого об'єкта за допомогою системи САПР; побудова розрахункової сітки; вибір математичної моделі турбулентності; завдання граничних умов. З іншого боку, це можуть бути простіші моделі для нев'язкої рідини, що розглядаються у квазістаціонарній постановці. Наприклад, коли стінка відсмоктуючої труби моделюється вихровий поверхнею, що складається з тонких вихрових шнурів змінної інтенсивності, що мають форму спіралі. Швидкості, індуковані джгутами, розраховуються за формулами Кочіна М. Є; швидкості, індуковані вихровою поверхнею визначаються з граничних умов з рішення рівняння Фредгольма, а амплітуди пульсації тиску визначаються на основі інтеграла Бернуллі. У першому випадку для виконання задачі потрібні значні ресурси машинного часу, а похибка при розрахунку амплітуд пульсацій тиску становить до 10 % в порівнянні з експериментальними даними, у другому – 15–20 % при меншому час розрахунків. Результати розрахунків джгутових пульсацій тиску використовуються в розрахунках на міцність елементів проточної частини гідротурбіни з великими запасами по коефіцієнтам міцності, тому можливе використання в прогнозних розрахунках джгутових пульсацій тиску і більш простих моделей.
Блок інформації про статтю
Посилання
Cherny S., Chirkov D., Bannikov D., Lapin V., Skorospelov V., Eshkunova I., Avdushenko A. 3D numerical simulation of transient processes in hydraulic turbines. 25th IAHR Symposium on Hydraulic Machinery and Systems. IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. Vol. 12 (20–24 September 2010, Timişoara). Timişoara, Politehnica' University Publ., 2010. doi: 10.1088/1755-1315/12/1/012071
Alekseenko S. V., Dekterev A. A., Litvinov I. V., Minakov A. V., Pylev I. M., Shandro A. I., Shtork S. I. Chislennoe i eksperimental'noe modelirovanie techeniya v otsasyvayushchey trube gidroturbiny [Numerical and Experimental Modeling of the Flow in the Suction Pipe of a Hydraulic Turbine]. Journal of Siberian Federal University. Engineering & Technologies. 2011, vol. 4 (5), pp. 489–503.
Sentyabov A. V., Gavrilov A. A., Dekterev A. A. Analiz RANS modeley turbulentnosti primenitel'no k raschetu statsionarnogo techeniya v otsasyvayushchey trube gidroturbiny Turbine-99 [RANS analysis of turbulence models as applied to the calculation of a steady flow in the draft tube of a Turbine-99 turbine]. Vychislitel'naya mekhanika sploshnykh sred. 2013, vol. 6, no 1, pp. 86–93.
Gavrilov A., Dekterev A., Sentyabov A., Minakov A., Platonov D. Application of hybrid methods to calculations of vortex precession in swirling flows. Notes on Numerical Fluid Mechanics. 2012, vol. 117, pp. 449–459.
Platonov D. V., Minakov A. V., Dekterev A. A., Sentyabov A. V. Matematicheskoe modelirovanie nestatsionarnykh yavleniy v gidroturbine Sayano-Shushenskoy GES [Mathematical modeling of non-stationary phenomena in the hydraulic turbine of the Sayano-Shushenskaya HES]. Trudy Akademenergo. 2013, no 1, pp. 73–84.
Avdyushchenko A. Yu., Chernyy S. G., Chirkov D. V. Chislennyy algoritm modelirovaniya prostranstvennykh techeniy neszhimaemoy zhidkosti na podvizhnykh reshetkakh [A numerical algorithm for modeling spatial incompressible fluid flows on movable grids]. Vychislitel'nye tekhnologii. 2012, vol. 17, no 6, pp. 3–25.
Mironov K. A., Oleksenko Yu. Yu. Primenenie CFD pri proektirovanii elementov protochnoy chasti gidroturbiny [Application of CFD in design elements flow space of hydroturbine]. Bulletin of the National Technical University "KhPI". Series: Hydraulic machines and hydraulic units. Kharkiv, NTU "KhPI" Publ., 2016, no. 20 (1192), pp. 116–121.
Menter F. R. Two-Equation Eddy-Viscosity Turbulence Models for Engineering Applications. AIAA Journal. 1994, no. 8, pp. 1598−1605.
Khare R., Prasad V., Kumar S. CFD approach for flow characteristics of hydraulic Francis turbine. International Journal of Engineering Science and Technology. 2010, vol. 2 (8), pp. 3824–3831.
Drankovskiy V. E., Rezvaya K. S., Krupa Е. S. Сalculating three-dimensional fluid flow in the spiral casing of the reversible hydraulic machine in turbine mode. Bulletin of the National Technical University "KhPI". Series: Hydraulic machines and hydraulic units. Kharkiv, NTU "KhPI" Publ., 2016, no. 20 (1192), pp. 53–57.
Grigoriev V. N. Оpredelenie pulsatsiy davleniy v otsasyvayushey trube pod deystviem vikhrya za rabohimi kolesami gidroturbin [Determination of pressure pulsations in the drat tube under the action of a vortex behind the working wheel of a hydraulic turbine]. Energomashinostroenie. 1989, no. 9, pp. 42–44.
Zav"yalov P. S. Matematychne modelyuvannya nyz'kochastotnykh pul'satsiy tyskiv vid dekil'kokh vykhrovykh dzhhutiv za robochymy kolesamy hidroturbin i oborotnykh hidromashin [Mathematical modeling of low-frequency pressure pulsations from several vortex swirles behind the impellers of hydraulic turbines and rotating hydraulic machines]. Visnyk Kharkivs'koho derzhavnoho politekhnichnoho universytetu [Bulletin of the Kharkiv State Polytechnic University]. Кharkiv, KhDPU Publ., 1997, pp. 448–453.
Zav"yalov P. S., Kukhtenkov Yu. M., Podvoys'kyy Yu. A. Prohnozuvannya pul'satsiy tyskiv vid dekil'kokh vykhrovykh dzhhutiv za robochym kolesom RO hidroturbiny [Prediction of pressure pulsations from several vortex swirles behind the impeller RO of the hydraulic turbine]. Visnyk Nats. tekhn. un-ta "KhPI" [Bulletin of the National Technical University "KhPI"]. Кharkiv, NTU "KhPI" Publ., 2001, issue 129, part 1, pp. 95–104.
Zav'yalov P. S., Kukhtenkov Yu. M., Podvoys'kiy Yu. A. K metodu rascheta pul'satsionnykh kharakteristik ot vikhrevykh zhgutov za rabochim kolesom gidroturbiny [To the method of calculating the pulsation characteristics from vortex swirles behind the impeller of a hydraulic turbine]. Problemi mashinostroeniy. Кharkоv, NANU IPMash Publ., 2003, no. 2, pp. 84–92.
Etinberg I. E., Raukhman B. S. Gidrodinamika gidravlicheskikh turbin [Hydrodynamics of hydraulic turbines]. Leningrad, Mashinostroenie Publ., 1978. 280 p.
Мyshkis А. D. Matematika dlya vtuzov [Mathematics for technical colleges]. Мoskow, Nauka Publ., 1971. 632 p.
Kakhaner D., Mouler K., Nesh S. Chislennye metody i programmnoe obespechenie [Numerical methods and software]. Мoskow, Mir Publ., 2001. 256 p.
Severin V. P. Metody mnogomernoy bezuslovnoy minimizatsii [Multivariate unconstrained minimization methods]. Кharkоv, NTU "KhPI" Publ., 2013. 160 p.
Severin V. P., Nikulina E. N. Metody odnomernogo poiska [One-dimensional search methods]. Кharkоv, NTU "KhPI" Publ., 2013. 124 p.
Bandi B. Metody optimizatsii [Optimization methods]. Мoskow, Radio i svyaz' Publ., 1988. 127 p.