ОПТИМІЗАЦІЯ РОБОЧОГО КОЛЕСА ВІДЦЕНТРОВОГО НАСОСА ДЛЯ ОБОРОТНИХ ГІДРОМАШИН МЕТОДОМ ЧИСЛОВОГО МОДЕЛЮВАННЯ

Анотація

Розглянуто процес проєктування та оптимізації робочого колеса відцентрового насоса, що є проміжною стадією проєктування оборотної гідромашини гідроакумулюючої електростанції. Потреба підвищення енергоефективності та надійності гідроагрегатів, що працюють у насосному режимі при високих напорах є актуальною задачею. Методика дослідження базується на комплексному застосуванні програмних засобів Ansys: Vista CPD для попереднього проєктування, BladeGen для генерації лопатей, TurboGrid для побудови сітки та CFX для числового розрахунку тривимірної течії. На першому етапі отримано базову геометрію робочого колеса та виконано CFD-аналіз, який виявив характерні проблеми: підвищення меридіональної швидкості до 30 м/с у звуженій зоні каналу та різкий перепад тиску на задній кромці лопаті. Це призводило до зростання гідравлічних втрат і підвищення ризику кавітації. На другому етапі проведено модифікацію проточної частини в меридіональній площині шляхом локального розширення каналу, що знизило нерівномірність розподілу швидкості. На третьому етапі оптимізовано профіль лопаті за рахунок зменшення товщини біля задньої кромки та корекції кута входу потоку. Порівняння картин течії та інтегральних показників роботи трьох варіантів показало, що модифікація 2 забезпечує найкращі результати: більш рівномірний розподіл швидкості, стабільніший тиск вздовж лопаті, зменшення вихрових структур та локальних прискорень. Згідно з розрахунками, тиск на виході підвищився з 4,23 до 4,35 МПа, загальний напір – з 588 до 621 м, а ККД – з 0,927 до 0,952. Таким чином, застосований евристичний підхід дозволяє суттєво підвищити енергетичну ефективність робочого колеса та може бути використаний для оптимізації оборотних гідромашин високонапірних ГАЕС.