DOI: https://doi.org/10.20998/2411-3441.2019.2.02

ВДОСКОНАЛЕННЯ РОБОЧОГО ПРОЦЕСУ ГІДРОТУРБІН ТА СИСТЕМ ЇХ РЕГУЛЮВАННЯ

Ruslan Migushchenko, Oleg Potetenko, Alexander Gasiyk, Evgeniy Krupa

Анотація


в міжлопатевих каналах робочого колеса. Показано причини виникнення великомасштабних вихрових структур в меридіональних перетинах спіральних камер радіально-осьових гідротурбін на напори 400–500 м. Внаслідок цього явища в перерізі спіральної камери потік спрямований в області стінок до робочого колеса, а в центральній частині від робочого колеса, тобто спіральна камера виконуючи свої функції підведення потоку функціонує лише частиною перетину – пристіночної зони, в якій завихрений пристінковий потік зі збільшеною швидкістю і втратами енергії надходить в канали робочого колеса. Ці висновки в роботі аргументовані чисельними експериментальними даними. Втрати енергії в спіральній камері досягають 3–5 % і складна вихрова структура, що надходить в робоче колесо приводить до зниження енергетичних показників. В роботі розглядається підвід потоку до робочого колеса за допомогою розташованих по кільцю перед робочим колесом соплових апаратів, що збільшують швидкість в п'ять і більше разів і забезпечують низькі втрати в підвідних органах (близько 0,5 %) практично рівномірний потік перед робочим колесом з моментом кількості руху, що забезпечує оптимальну роботу гідротурбіни. Удосконалення робочого процесу і систем регулювання представлено в цій роботі з використанням нових конструктивних рішень, на які отримані більш десяти патентів України на винахід. У тому числі в результаті дослідження робочих процесів радіально-діагональних гідротурбін, що дозволили застосовувати лопатеві турбіни на напори понад 400–500 м аж до 800–1000 м з високими енергокавітаційними показниками з широкими зонами експлуатації по витратам (потужностям) і напору, зі збільшеним на 2–7% середньоексплуатаційним ККД. Розглянуто також робочий процес нового типу діагонально-осьової гідротурбіни з досить широким діапазоном експлуатації по витратам та напору з істотно підвищеним середньоексплуатаційним ККД, підвищеною надійністю експлуатації, що ілюструється прогнозною універсальною характеристикою, що дозволяє застосувати поворотно-лопатеві гідротурбіни на напори до 230–250 м. Таким чином, проведене вдосконалення робочого процесу гідротурбін і систем їх регулювання переконливо доводить перевагу нових науково-технічних рішень в порівнянні з раніше застосовуваними.

Ключові слова


високонапірна радіально-осьова гідротурбіна; робоче колесо; підвід гідротурбіни; втрати енергії; радіально-діагональна гідротурбіна; система регулювання

Повний текст:

PDF (English)

Посилання


Linnik A. V., Khaitov V. D. Sovremennyy uroven' i osnovnyye napravleniya razvitiya gidroturbostroyeniya v Ukraine [The current level and main directions of development of hydroturbation in Ukraine]. Problemy mashinostroyeniya. 2010, vol. 13, no 1, pp. 11–18.

Veremeenko I. S. Polveka poiska i sozidaniya – itogi i perspektivy razvitiya otechestvennogo gidroturbostroyeniya [Half a century of search and creation – the results and prospects of development of the domestic hydro-turbine]. Problemy Mashinostroyeniya. 2003, vol. 6, no. 2, pp. 4–25.

Landau Yu. A. Osnovnye tendentsii razvitiya gidroenergetiki Ukrainy [The main trends in the development of hydropower in Ukraine]. Nauchnye raboty. Kharkov, 2014, vol. 53, iss. 40, pp. 82–86.

Sukhorebryy P. N. Raschet spiral'nykh kamer radial'no-osevykh obratimykh gidromashin [Calculation of spiral chambers radial-axial reversible hydraulic machines]. Bulletin of the National Technical University "KhPI". Series: Hydraulic machines and hydraulic units. Kharkiv, NTU "KhPI" Publ., 2001, issue 129, part 1.1, pp. 79–89.

Nicolet С., Alligne S., Kawkabani B. Unstable operation of Francis Pump-Turbine at runaway: Rigid and elastic water column oscillation modes. Journal of Fluid Machinery and Systems. 2009, vol. 2, no. 4, pp. 324–333.

Topazh G. I. Lopastnye gidromashiny i gidrodinamicheskie peredachi. Osnovy rabochego protsessa gidroturbin [Vane hydraulic machines and hydrodynamic transmission. Basics of the workflow hydroturbines]. Sankt-Peterburg, Politehn. Universitet. Publ., 2011. 154 p.

Rusanov A. V., Linnik A. V., Sukhorebryy P. N., Khorev O. N., Ryabov A. V. Matematicheskoe modelirovanie techeniya zhidkosti i analiz kharakteristik potoka v podvode gidroturbiny PL20 Kremenchugskoy GES [Mathematical modeling of fluid flow and analysis of flow characteristics in the supply of a PL20 hydroturbine of the Kremenchug hydroelectric station]. Visnyk Nats. tekhn. un-ta "KhPI". Seriya: Enerhetychni i teplotekhnichni protsesy i ustatkuvannya [Bulletin of the National Technical University "KhPI". Series: Energy and heat engineering processes and equipment]. Kharkiv, NTU "KhPI" Publ., 2014, no. 1 (1044), pp. 41–48.

Brekke H. Hydraulic Tutrbines Design, Erection and Operation. Endringsdato, Norway, 2000. 317 р.

Rusanov A. V., Hnyesin V. I. Naukovo-tekhnichni osnovy modelyuvannya i proektuvannya protochnykh chastyn enerhetychnykh turboustanovok [Scientific and technical bases of modeling and designing of flowing parts of power turbo installations]. Kharkiv, Ipmash Publ., 2019. 386 p.

Potetenko O. V., Krupa E. S. Kompleksnye eksperimental'nye issledovaniya turbulentnoy struktury potoka v protochnoy chasti vysokonapornoy radial'no-osevoy gidroturbiny [Comprehensive experimental studies of the turbulent flow structure in the flow part of a high-pressure radial-axial hydraulic turbine]. Bulletin of the National Technical University "KhPI". Series: Hydraulic machines and hydraulic units. Kharkiv, NTU "KhPI" Publ., 2016, no. 20 (1192), pp. 33–40.

Linnik A. V., Ryabov A. V. Eksperimental'nyy stend PAO "Turboatom" dlya fizicheskogo modelirovaniya gidrodinamicheskikh protsessov v protochnykh chastyakh modeley povorotno-lopastnykh gidroturbin [Experimental stand of PJSC "Turboatom" for the physical modeling of hydrodynamic processes in the flow parts of the Kaplan turbine models]. Problemy Mashinostroyeniya. 2014, vol. 14, no. 3, pp. 11–18.

Rusanov A. Designing and updating the flow part of axial and radial-axial turbines through mathematical modeling. Central European Journal of engineering. 2015, vol. 5, pp. 399–410.

Masami Harano, Kiyohito Tani, Nomoto Satoru. Practical application of high-performance Francis-turbine runner fitted with splitter blades at Ontake and Shikurobegawa No. 3 power station of the Kansai electric power Co., inc. Hitachi Review. 2006, vol. 55, no. 3, pp. 109–113.

Mironov K. A. Proektirovanie rabochikh koles radial'no-osevoy vysokonapornoy gidroturbiny na parametry GES Kameng [Design of impellers radial-axial high-pressure hydraulic turbine on the parameters of hydroelectric Kameng]. Vestnik Nats. tekhn. un-ta "KhPI": sb. nauch. tr. Temat. vyp.: Tekhnologii v mashinostroenii [Bulletin of the National Technical University "KhPI": a collection of scientific papers. Thematic issue: Technologies in mechanical engineering]. Kharkov, NTU "KhPI" Publ., 2010, no. 24, pp. 69–76.

Fridman L. I., Veremeenko I. S., Ust'ev A. D., Potetenko O. V. Rabochee koleso radial'no-osevoy gidroturbiny [Runner of radial-axial hydraulic turbine]. Patent USSR, no. 1188359, 1985.

Potetenko O. V., Drankovskiy V. E., Krupa E. S., Vakhrusheva O. S. Sovershenstvovanie rabochikh protsessov gidroturbin s primeneniem novykh konstruktivnykh resheniy dlya razlichnykh diapazonov naporov [Improving hydraulic turbine workflows using new design solutions for various pressure ranges]. Visnyk Nats. tekhn. un-ta "KhPI". Seriya: Enerhetychni i teplotekhnichni protsesy i ustatkuvannya [Bulletin of the National Technical University "KhPI". Series: Energy and heat engineering processes and equipment]. Kharkiv, NTU "KhPI" Publ., 2014, no. 1 (1044), pp. 49–57.

Sokol E. I., Ishchenko G. I., Cherkasskiy A. Yu., Ishchenko M. G., Linnik A. V. Tekhnologicheskoye obespecheniye izgotovleniya gidravlicheskoy turbiny dlya Dnestrovskoy GAES [Technological support for the manufacture of a hydraulic turbine for the Dniester PSP]. Visnyk Nats. tekhn. un-ta "KhPI". Seriya: Tekhnologii v mashinobuduvanni [Bulletin of the National Technical University "KhPI". Series: Technology in mechanical engineering]. Kharkiv, NTU "KhPI" Publ., 2017, no. 26 (1248), pp. 5–13.

Subbotin V. G., Levchenko Ye. V., Yefimenko V. N. Oborudovaniye OAO "Turboatom" dlya gidroelektrostantsiy Ukrainy: modernizatsiya, reabilitatsiya i perspektivy sozdaniya novykh tipov [Equipment of OJSC "Turboatom" for hydroelectric power plants of Ukraine: modernization, rehabilitation and prospects for the creation of new types]. Gidroenergetika Ukrainy. 2009, no. 2, pp. 33–43.

Potetenko O. V., Krupa E. S., Drankovskiy V. E., Rezvaya K. S. Osobennosti rabochego protsessa novykh tipov gorizontal'nykh pryamotochnykh i vertikal'nykh radial'no-osevykh gidroturbin na vysokie napory [Features of the working process of new types of horizontal straight-through and vertical radial-axial hydraulic turbines for high heads]. Visnyk Natsional'noho universytetu vodnoho hospodarstva ta pryrodokorystuvannya [Bulletin of the National university of water and environmental engineering]. Rovno, 2015, issue 3 (71): Part 1. Tekhnichni nauky [Technical sciences], pp. 281–285.

Robuk N. N., Melavtsov A. A., Fridman L. I., Ostashchenko A. V., Mishev Yu. N., Savin V. N., Potetenko O. V., German S. I. Rabochee koleso radial'no-osevoy gidroturbiny [Runner of radial-axial hydraulic turbine]. Patent USSR, no. 206422, 1967.


Пристатейна бібліографія ГОСТ






website: http://gm.khpi.edu.ua/