International Conference
"Modern Problems of Applied Mathematics and Mechanics: Theory, Experiment and Applications", devoted to the 90th anniversary of professor Nikolai N. Yanenko

Банников Д.В.   Черный С.Г.   Чирков Д.В.   Скороспелов В.А.   Турук П.А.  

Оптимизационное проектирование лопасти гидротурбины, обеспечивающей минимальные динамические нагрузки на конструкцию

Reporter: Черный С.Г.

     Предложенный ранее авторами метод автоматического проектирования оптимальной формы проточной части гидротурбин [1] дополняется критерием, направленным на минимизацию динамических нагрузок на конструкцию. Динамические нагрузки обусловлены пульсациями давления, которые вызываются прецессирующим кавитационным вихрем в отсасывающей трубе и возможными резонансными явлениями в напорном трубопроводе и в отсасывающей трубе [2]. Наиболее полными моделями, описывающими прецессию вихревого жгута, являются нестационарные трехмерные уравнения движения несжимаемой жидкости. Недостатком использования таких моделей в оптимизационном проектировании являются значительные затраты вычислительных ресурсов на их решение. С другой стороны, существуют аналитические модели закрученного течения, которые позволяют оперативно определять зависимости пульсаций. Однако они требуют ручной корректировки эмпирических параметров, что затрудняет формализацию данных моделей в автоматизированной системе.
      В работе предлагается критерий, который позволяет косвенно уменьшать амплитуду пульсаций давления путем обеспечения на входе в отсасывающую трубу профиля скорости специального вида. Проведены расчеты пульсаций давления с использованием указанных выше полных и аналитических моделей для различных профилей скорости на входе в отсасывающую трубу и определен характерный профиль, обеспечивающий наименьшую амплитуду пульсаций давления. Полученные результаты сравниваются с экспериментальными данными.
      С использованием предложенного критерия решена задача оптимизационного проектирования геометрии рабочего колеса гидротурбины, обеспечивающего увеличенное значение КПД и уменьшенные динамические нагрузки на заданных режимах.

1. Черный С.Г., Чирков Д.В., Лапин В.Н., Скороспелов В.А., Шаров С.В. Численное моделирование течений в турбомашинах – Новосибирск: Наука. – 2006. – 202 с.
2. Андреев В.Б, Броновский Г.А., Веремеенко И.С. и др. Справочник по гидротурбинам. Л.: Машиностроение, Ленингр. Отд-ние, 1984. – 496 c.