Платонов Д.В.   Минаков А.В.   Дектерев А.А.  

Численное исследование пространственных нестационарных потоков в гидротурбинах высоконапорных ГЭС

Докладчик: Платонов Д.В.

  Повышение устойчивости работы, увеличение КПД гидромашин невозможно без изучения физических механизмов гидродинамических процессов, существенную роль среди которых играют нестационарные явления, связанные с образованием крупномасштабных вихревых структур. Одним из механизмов генерации пульсаций потока является прецессия вихревого жгута, образующегося за рабочим колесом гидротурбины в режимах недогрузки или перегрузки работы гидротурбины, когда поток после прохождения через гидротурбину имеет достаточно большую остаточную закрутку.
  Прецессия вихревого жгута представляет серьезную опасность для гидротурбинного оборудования в связи с мощными пульсациями потока, которые приводят к сильным вибрациям конструкции гидротурбины и в случае резонанса могут привести к разрушению оборудования. Пульсации давления, генерируемые, прецессирующим вихревым жгутом, могут также воздействовать на процессы кавитации, усиливая кавитационную эрозию. Для прогнозирования резонансных явлений и  поиска методов подавления неустойчивости необходима детальная информация о характеристиках пульсационных режимов и структуре потока. Необходимо отметить, что разрабатываемые подходы должны отвечать требованиям минимизации потерь энергии (увеличения КПД гидротурбины), что также может быть реализовано только на основе углубленного понимания гидродинамических процессов, имеющих место в проточных частях гидротурбины.
  В работе представлен численный алгоритм для описания подобного рода течений. Выполнено моделирование течений в проточном тракте двух гидротурбин Бурейской и Саяно-Шушенской ГЭС. Проведено сравнение полученных расчётных данных с экспериментом (натурные испытания).
  По итогам численного моделирования нестационарных течений в проточном тракте гидротурбины можно резюмировать, что выбранные математическая модель и численная методика позволяют с точностью до нескольких процентов описывать поведение интегральных характеристик течения в гидротурбине в широком диапазоне режимов ее работы, качественно верно описывать тенденцию поведения пульсационных характеристик течения в гидротурбины при изменении режимов ее работы, а также с приемлемой точностью воспроизводить основные частоты колебаний потока и интенсивность пульсаций давления в проточном тракте.