ПРОЄКТУВАННЯ ОБОРОТНОЇ ГІДРОМАШИНИ ЗАСОБАМИ ANSYS ТА ДОСЛІДЖЕННЯ ТЕЧІЇ У НАСОСНОМУ РЕЖИМІ
Бічна панель сторінки статті
Основний зміст сторінки статті
Анотація
У світовій енергетиці спостерігається перехід до енергоефективності, енергобезпеки та низьковуглецевої енергетики з акцентом на відновлювані джерела та зменшення традиційних потужностей. В Україні до 2035 року ключовим завданням є розробка гідромашин для ГАЕС із напорами до 500 м, зокрема для Закарпатської ГАЕС з потужністю 230 МВт у насосному режимі. Сучасний підхід до проєктування проточних частин ґрунтується на числових дослідженнях, які аналізують вплив геометричних і режимних параметрів на ефективність. САПР дає змогу спроєктувати та в подальшому точно змоделювати параметри, оптимізуючи геометрію лопаток для кращої продуктивності та мінімізації втрат, що зроблено в роботі використовуючи засоби Ansys: Ansys Vista CPD, Ansys BladeGen, Ansys TurboGrid. На основі числового моделювання течії у проточній частині оборотної гідромашини в насосному режимі отримані гідродинамічні характеристики течії (розподіли тисків, швидкостей та інших параметрів). Проточна частина cкладалася з робочого колеса за використання секторного підходу до моделювання, спірального відводу та підводу. Ефективність спроєктованої гідромашини в насосному режимі склала 96 %, що відповідає найкращим світовим зразкам і демонструє спроможність CAD-інструментів створювати високоякісні гідромашини. Результати моделювання й аналізу течії показали рівномірне зростання як статичного, так і загального тиску під час руху рідини вздовж лопаті. Відсутність піків чи провалів тиску від передньої до задньої кромки лопаті свідчить про відсутність критичних зон, які потребують подальшої оптимізації чи досліджень. Проте спостерігається відривання рідини ближче до вихідної кромки, причому зона відривання біля корпусу має більшу площу. Меридіональна швидкість збільшується на передній кромці, що планується оптимізувати в наступних дослідженнях для вирівнювання та зменшення її градієнта.
Блок інформації про статтю
Посилання
Enerhetychna stratehiya Ukrayiny na period do 2035 roku [Energy strategy of Ukraine for the period up to 2035]. Available at: http://mpe.kmu.gov.ua/minugol/control/uk/publish/article?art_id=24 5239564&cat_id=245239555 (accessed 05.11.2024).
Zhou Y., Zhu Y., Luo Q., Wei Y., Mei Y., Chang F. J. Optimizing pumped-storage power station operation for boosting power grid absorbability to renewable energy. Energy Conversion and Management. 2024, vol. 299, p. 117827. doi: 10.1016/j.enconman. 2023.117827
Riabenko O. A., Klyuha O. O., Tymoshchuk V. S., Halych O. O. Current tendencies of water resources using for providing the energy needs of society. Proc. of CEE 2019. Lecture Notes in Civil Engineering. Vol. 47. Cham, Springer Publ., 2019, pp. 384–391. doi: 10.1007/978-3-030-27011-7_49
Sydorov V. I. Tekhnolohiyi hidro- ta vitroenerhetyky [Hydro and wind power technologies]. Cherkasy, Vertykal' Publ., 2016. 166 p.
Ryabenko O. A., Klyukha O. O., Tymoshchuk V. S. Rol' HAES v roboti enerhosystem [The role of PSP in the operation of power systems]. Vymiryuval'na ta obchyslyuval'na tekhnika v tekhnolohichnykh protsesakh. Kyiv. 2014, no. 2, pp. 167–170.
Kucheryava I. M., Sorokina N. L. Shlyakhy rehulyuvannya hrafikiv navantazhennya ta upravlinnya spozhyvannyam elektrychnoyi enerhiyi [Ways of adjusting load schedules and controlling the consumption of electric energy]. Hidroenerhetyka Ukrayiny. 2007, no. 4, pp. 36–44.
Rezvaya K., Cherkashenko M., Drankovskiy V., Tynyanova I., Makarov V. Using mathematical modeling for determination the optimal geometric parameters of a pump-turbine water passage. 2020 IEEE 4th International Conference on Intelligent Energy and Power Systems (IEPS) (2020, Istanbul). Istanbul, 2020,
pp. 212–216. doi: 10.1109/IEPS51250.2020.9263139
Morabito A., Vagnoni E. CFD-based analysis of pumped storage power plants implementing hydraulic short circuit operations. Applied Energy. 2024, vol. 369, p. 123474. doi: 10.1016/j.apenergy.2024.123474
Khoryev O. M., Lynnyk O. V., Korotaiev P. O., Bykov Yu. A., Ahibalov Ye. S. Effect of circumferential lean of pump-turbine runner blades on energy characteristics. Scientific Bulletin of National Mining University. 2024, no. 3, pp. 56–62. doi: 10.33271/nvngu/20243/056
Rusanov A., Khorev O., Agibalov Y., Bykov Y., Korotaiev P. Numerical and experimental research of radial-axial pump-turbine models with spliters in turbine mode. Integrated Computer Technologies in Mechanical Engineering – 2020. ICTM 2020. Lecture Notes in Networks and Systems. Vol. 188. Cham, Springer Publ., 2020, pp. 427–439. doi: 10.1007/978-3-030-66717-7_36
Siddappaji K., Turner M. G. Versatile Tool for Parametric Smooth Turbomachinery Blades. Aerospace. 2022, vol. 9, issue 9, p. 489. doi: 10.3390/aerospace9090489
Rogovyi A. S., Azarov A. S., Demchuk R. M. Udosoknalennya kharakterystyk robochoho kolesa vysokonapirnoho vidtsentrovoho kompresora proektuvannyam za dopomohoyu SAPR [Improving characteristics of the impeller of a high-pressure centrifugal compressor by designing with the help of CAD]. Bulletin of the National Technical University "KhPI". Series: Hydraulic machines and hydraulic units. Kharkiv, NTU "KhPI" Publ., 2023, no. 1, pp. 25–30. doi: 10.20998/2411-3441.2023.1.04
Gasparin E., Mattos V., Saltara F., Mello P., Dezan D., Salviano L., Yanagihara J. High-dimensional CFD optimization of a low-flow coefficient S-CO2 centrifugal compressor for enhanced oil recovery systems. Geoenergy Science and Engineering. 2023, vol. 227, p. 211851. doi: 10.1016/j.geoen.2023.211851
Rogovyi A., Azarov A., Kukhtenkov Y., Avershyn A., Khovanskyi S. Improving the Performance of a Centrifugal Compressor Through Computer-Aided Design and Optimization of Blade Thickness. Advances in Design, Simulation and Manufacturing VII: Proc. of the 7th Int. Conf. on Design, Simulation, Manufacturing: The Innovation Exchange, DSMIE- 2024. Vol. 2: Mechanical and Materials Engineering (4–7 June 2024, Pilsen, Czech Republic). Cham, Springer Publ., 2024,
pp. 324–333. doi: 10.1007/978-3-031-63720-9_28
Wang C., Wang S., Xiao Y., Sun X., Tian X., Luo X. Optimization of impeller parameters for hydrodynamic turbine based on multi-objective orthogonal test design. Journal of Physics: Conference Series. 2024, vol. 2854, no. 1, p. 012107. doi: 10.1088/1742-6596/2854/1/012107
Wang Y., Zhou L., Han M., Shen L. Performance Prediction of an Optimized Centrifugal Pump with High Efficiency. Fluid Dynamics & Materials Processing. 2023, vol. 19, no. 9, pp. 2215–2228. doi: 10.32604/fdmp.2023.027188
Li X., Meng T., Li W., Zhou L., Ji L. Adjoint optimization of a multi-row transonic compressor based on an extended free-form method. Proc. of the Institution of Mechanical Engineers, Part G: Journal of Aerospace Engineering. 2023, vol. 237, issue 14, pp. 3202–3214. doi: 10.1177/09544100231182265
Remache A., Pérez-Sánchez M., Hidalgo V. H., Ramos H. M., Sánchez-Romero F. J. Towards Sustainability in Hydraulic Machinery Manufacturing by 3D Printing. Processes. 2024, vol. 12, issue 12, p. 2664. doi: 10.3390/pr12122664
Lu Z., Rath A., Amini S. H., Noble A., Shahab S. A computational fluid dynamics investigation of a novel flooded-bed dust scrubber with vibrating mesh. International Journal of Mining Science and Technology. 2022, vol. 32, issue 3, pp. 525–537. doi: 10.1016/j.ijmst.2022.03.002
Rogovyi A. S. Rozrobka teoriyi ta metodiv rozrakhunku vykhorokamernykh nahnitachiv: dys d-ra tekhn. nauk 05.05.17 [Development of the theory and designing methods of vortex chamber superchargers. Dr. eng. sci. diss.]. Kharkiv, 2017. 364 p.
Starodubtsev Y. V., Gogolev I. G., Solodov V. G. Numerical 3D model of viscous turbulent flow in one stage gas turbine and its experimental validation. Journal of Thermal Science. 2005, vol. 14, pp. 136–141.
Boiko V. S., Sotnyk M. I., Moskalenko V. V. Head pulsations in a centrifugal pump. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2017, vol. 233, no. 1, p. 012058. doi: 10.1088/1757- 899X/233/1/012058
Bisht Y. S., Pandey S. D., Shah S. K., Nautiyal A. P., Rawat P., Ghalwan M. ANSYS-CFX are used to design and analyze the internal flow of centrifugal pump impellers. AIP Conference Proceedings. 2023, vol. 2771, issue 1, p. 020036. doi: 10.1063/5.0152285
ANSYS, C. R24.1 Help manual. ANSYS Inc. 2024.
Rogovyi A. Use of detached-eddy simulation method (DES) in calculations of the swirled flows in vortex apparatuses. Teka. Commission of Motorization and Power Industry in Agriculture. 2016, vol. 16, no. 3, pp. 57–62.
Rogovyi A., Azarov A., Ovcharov Ye., Shudryk O., Tolstyi P. Kartyny techiyi hazu u vysokonapirnomu vidtsentrovomu kompresori [Gas flow patterns in a high-pressure centrifugal compressor]. Visnyk Nats. tekhn. un-tu "KhPI". Seriya: Mashynoznavstvo ta SAPR [Bulletin of the National Technical University «KhPI». Series: Engineering and CAD]. Kharkiv, NTU "KhPI" Publ., 2023, no. 1, pp. 82–91.
Kondus V., Pavlenko I., Kulikov O., Liaposhchenko O. Development of a High-Rotational Submersible Pump for Water Supply. Water. 2023, vol. 15, no. 20, p. 3609. doi: 10.3390/w15203609
Kondus V., Andrusiak V., Sotnyk M., Polkovnychenko V., Mushtai M. The Influence of the Impeller Inter-blade Channels Roughness on the Energy Parameters of the Submersible Pump. Advances in Design, Simulation and Manufacturing VII: Proc. of the 7th Int. Conf. on Design, Simulation, Manufacturing: The Innovation Exchange, DSMIE-2024. Vol. 2: Mechanical and Materials Engineering (4–7 June 2024, Pilsen, Czech Republic). Cham, Springer Publ., 2024, pp. 253–270. doi: 10.1007/978-3-031- 63720-9_22