Введение к работе
АКТУАЛЬНОСТЬ РАБОТЫ. Сложные экономические и экологические проблемы нашей страны определяют задачи гидроэнергетики, основными го которых в настоящее время являются: реконструкция и модернизация существующего устаревшего оборудования крупных гидроэлектростанций ( ГЭС ), освоение энергии малых рек, повышение конкурентноспособности отечественных гидротурбин на мировом рынке за счет улучшения их техникоэко-номических показателей. Это требует дальнейшего развития теории гидромашин, глубокого изучения рабочего процесса и полного учета различных факторов, влияющих на их показатели. Решение указанных актуальных задач можно эффективно осуществить на основе современных методов расчета, позволяющих достаточно точно и оперативно проводить многовариантные расчетные исследования по прогнозированию и оптимизации гидравлических показателей гидротурбин в процессе их проектирования. В наибольшей степени этим требованиям сегодня удовлетворяют квазитрехмерпые методы, которые сводят расчет трехмерного потока к комплексному решению трех задач: осесимметричной, решеточной и задачи расчета дополнительного потока. Однако в инженерной практике обычно ограничиваются рассмотрением первых двух задач, предполагая незначительность параметров дополнительного потока. Расчетные и экспериментальные исследования последних лет показали, что дополнительные течения в лопастных системах могут быть весьма интенсивными и они приводят к существенному падению коэффициента полезного действия (КПД) турбины. Эти обстоятельства определяют актуальность проблемы создания теоретически обоснованного метода расчета обтекания лопастных систем гидротурбин пространственным потоком, а также оперативных методов проектирования рабочих колес (РК) и прогнозирования энергетических показателей, учитывающих наличие дополнительного потока.
ЦЕЛЬ РАБОТЫ. Разработать и реализовать на ЭВМ эффективные инженерные методы, которые позволяют оперативно и при этом достаточно точно определять кинематические характеристики потока в лопастных системах гидротурбин и их интегральные гидравлические показатели, а также проводить многовариантные массовые расчетные исследования в процессе лроектироваїгая и оптимизации проточной части гидротурбин. НАУЧНАЯ НОВИЗНА РАБОТЫ:
- разработана оперативная методика расчета обтекания лопастных систем
гидротурбин трехмерным потоком невязкой жидкости. По сравнению с
известными трехмерными методами данная методика является значительно
менее трудоемкой. Она позволяет на основе квазитрехмерных методов опре
делить с высокой точностью кинематические характеристики простран
ственного потока на поверхности лопасти;
- предложена методика расчета потерь, обусловленных наличием дополни-
-4-тельного потоке в РК гидротурбин, а также методике, позволяющая учесть особенности трехмерного невязкого ядра потока при расчете профильных потерь;
разработана уточненная методика расчета и построения прогнозной универсальной характеристики реактивных гидротурбин, учитывающая наличие дополнительных течений б лопастных системах;
впервые выполнен учет дополнительного потока при проектировании новых РК на основе решения обратной квазитрехмерной задачи;
разработан пакет прикладных программ (ППП) по автоматизированному проектированию РК гидротурбин и прогнозированшо их гидравлических показателей;
выполнены расчетные исследования особенностей пространственного обтекания лопастных систем гидротурбин различной быстроходности и рассмотрено влияние дополнительных течений на их интегральные гидравлические характеристика.
ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ. Разработанные методы расчета и ППП могут эффективно использоваться при проектировании РК гидротурбин и решении различных оптимизационных задач теории гидромашин. Они обладают высокой оперативностью и достаточной для инженерной практики точностью определения кинематических и гидравлических характеристик турбины. Учет дополнительного потока позволяет более точно прогнозировать универсальные характеристики реактивных гидротурбин. Это дает возможность сократить объем дорогостоящих экспериментальных исследований, частично заменив физический эксперимент -численным.
ОБОСНОВАННОСТЬ К ДОСТОВЕРНОСТЬ НАУЧНЫХ ПОЛОЖЕНИЙ И РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ определяются:
- применением полных уравнений трехмерного установившегося движения
идеальной ясидкости;
- хорошим согласованием результатов расчета с тестовым аналитическим
решением и трехмерными решениями других авторов;
- хорошим согласованием расчетных и экспериментальных кинематических и
интегральных гидравлических характеристик для нескольких вариантов
гидротурбин различной быстроходности.
РЕАЛИЗАЦИЯ РАБОТЫ. Результаты данной работы использовались при проектировании РК быстроходных радиштьноосевых (РО) гидротурбин по договору с АО "Ленинградский металлический завод" (АО ЛМЗ), а также при разработке гидротурбин для малых ГЭС и прогнозировании их универсальных характеристик по договору с научно-производственным центром "РАНД". АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Основные материалы диссертации докладывались на международной научно-технической конференции (МНТК) "Совершенствование турбоустановок методами математического и физического моделирования", г. Змиев (1994г.), на МНТК "Гидромеханика, гидромашины, гидро-
-5-привод и гидропневмоавтоматика", г.Москва (1996г.), обсуждались на семинарах в НПО ЦКТИ им. Ползунова, в С-Петербургском Государственном Техническом Университете и в С-Петербургском Институте Машиностроения. Работа была удостоена персонального гранта на конкурсе аспирантов и молодых ученых, проводимом Правительством С-Петербурга и Государственным Комитетом РФ по высшему образованию в 1995г. ПУБЛИКАЦИИ. По теме диссертации опубликовано 8 печатных работ. СТРУКТУРА И ОБЪЕМ ДИССЕРТАЦИИ. Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения, списка литературы, приложений и содержит 196 страниц текста, включая 4 таблицы, 58 рисунков на 37 страницах и список литературы, состоящий из 223 наименований на 21 страницах.
