Исследование гидродинамических нагрузок на лопасти рабочего колеса поворотно-лопастной гидротурбины
Анализ проблем, возникающих в процессе проектирования гидротурбины. Изучение задачи оценки нестационарных динамических характеристик, действующих на лопасть поворотно-лопастного колеса в течение всего рабочего процесса, для расчета турбины на прочность.
| Рубрика | Физика и энергетика |
| Вид | статья |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 12.01.2020 |
| Размер файла | 448,0 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Исследование гидродинамических нагрузок на лопасти рабочего колеса поворотно-лопастной гидротурбины
гидротурбина прочность лопасть
Хатунцев А.Ю.
Сум ГУ
При проектировании гидротурбины для расчета на прочность и вибрацию возникает задача оценки нестационарных динамических характеристик, действующих на лопасть поворотно-лопастного колеса в течение всего рабочего процесса. Поскольку опытных данных часто бывает недостаточно, предпринята попытка численно исследовать влияние основных источников нестационарности при обтекании лопастей рабочего колеса.
Основными источниками нестационарности примем:
- изменение геометрического положения каждой лопасти при вращении рабочего колеса в неравномерном потоке, формируемом подводом;
- неточность изготовления, установки и сборки лопастей;
- вихревой след за лопастями рабочего колеса.
В качестве исследуемой характеристики взят поворотный гидравлический момент, действующий на лопасть рабочего колеса, так как он сочетает влияние как кинематических параметров потока вокруг лопасти, так и геометрического положения каждой лопасти на нагрузки привода сервомотора поворота лопастей.
Алгоритм численного расчета гидродинамических нагрузок методом гидродинамических особенностей поворотного гидродинамического момента и формирования вихревого следа за лопастью приведены соответственно в работах [1-3].
В отличие от работ [1-3], в алгоритме расчета 3Д потока внесены следующие изменения:
1) в качестве гидродинамической особенности принята не вихревая рамка, а панель пространственных источников - стоков и система П - образных вихрей на каждой панели [4];
2) в геометрической части программы описания поверхности лопасти отсутствует пересчет координат лопасти в цилиндрических сечениях при различных углах установки;
3) при решении прямой задачи обтекания лопасти рабочего колеса учитывается реальный поток за направляющим аппаратом на основе решения задачи обтекания направляющего аппарата.
Результаты расчета
1 Исследование влияния неравномерности потока, формируемого подводом
На рис.1 представлена расчетная схема для нахождения приведенного поворотного гидравлического момента, действующего на каждую лопасть рабочего колеса во время рабочего процесса с учетом спиральной камеры, колон статора и лопаток направляющего аппарата.
Рисунок 1 - Расчетная схема
На рис. 2, 3 показано изменение приведенного поворотного гидравлического момента, действующего на лопасть в различных положениях лопасти в проточной части, определяемых режимом работы n1' и расчетным моментом времени (МВ). На рисунках штриховой линией изображено осредненное значение момента.
В качестве модельной турбины принята модель турбины с рабочим колесом ПЛ587а, имеющими спиральную камеру трапецеидального поперечного сечения с углом охвата = 1800, 15 колоннами статора и 32 лопатками направляющего аппарата. Геометрическая часть проточной части и рабочие режимы работы соответствуют данным гидротурбины для ГЭС Salta Grande.
|
Рисунок 2 - Приведенный поворотный гидравлический момент на лопасти рабочего колеса (n1'=130 об/мин, Q1'=1270 л/с, 60, а0=29.5, МВ=0,5 с) |
Рисунок 3 - Приведенный поворотный гидравлический момент на лопасти рабочего колеса (n1'=145 об/мин, Q1'=830 л/с, -4,80, а0=21.7, МВ=0,4 с) |
2 Исследование влияния неточности сборки лопастей рабочего колеса
Расчетная схема для оценки влияния неточности сборки рабочего колеса на приведенный поворотный гидравлический момента действующий на каждую лопасть рабочего колеса, представлена на рис.4. В этой расчетной схеме учитываются только лопатки направляющего аппарата без спиральной камеры и колонн статора, что соответствует осесимметричной постановке.
Рисунок 4 - Расчетная схема
На рис. 5 и 6 представлены результаты расчета приведенного поворотного гидравлического момента, действующего на каждую лопасть рабочего колеса.
|
Рисунок 5 - Приведенный поворотный гидравлический момент на лопасти рабочего колеса, когда только лопасть 3 установлена с отклонением на 1,20. (n1'=130 об./мин, Q1'=760 л/с) |
Рисунок 6 - Приведенный поворотный гидравлический момент на лопасти, когда все лопасти установлены с отклонением (n1'=130 об/мин, Q1'=760 л/с)3 |
На рис. 5 лопасть 3 установлена на угол -60, в отличие от других лопастей, установленных под углом -4,80.
На рис. 6 показаны результаты расчета, когда все лопасти установлены с различными углами:
|
Номер лопасти |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
|
|
Угол установки |
-60 |
-40 |
-5,10 |
-5,50 |
-6,10 |
-3,50 |
На рис. 5, 6 штриховой линией изображен случай, когда все лопасти установлены на угол -4,80.
Исследование влияния вихревого следа за лопастями рабочего колеса
Расчетная схема для оценки влияния вихревого следа на поворотный гидравлический момент, действующий на каждую лопасть рабочего колеса, изображена на рис.7.
Рисунок 7 - Развитие вихревого следа за рабочим колесом ПЛ587 на режиме n1'=130 об/мин, Q1'=760 л/с
На рис. 8 представлены результаты расчета приведенного поворотного гидравлического момента, действующего на лопасть рабочего колеса для этого режима, с учетом вихревого следа (штриховая линия - без учета вихревого следа).
Рисунок 8 - Изменение приведенного гидравлического момента, действующего на лопасть рабочего колеса ПЛ587 с учетом вихревого следа на режиме n1'=130 об/мин, Q1'=760л/с, -4.80 за 100 моментов времени, что соответствует 4 оборотам лопасти
ВЫВОДЫ
По результатам выполненных расчетных исследований можно сделать следующее заключение.
В реальной проточной части гидравлический поворотный момент на лопасти рабочего колеса в процессе работы изменяется приблизительно в 2 раза по сравнению с величиной момента, получаемой на основе экспериментальных исследований.
Неточность установки лопастей в пределах 1-20 приводит к неравномерному распределению величины поворотного момента на каждой лопасти до 20 %.
Выражаю искреннюю благодарность проф. Косторному С.Д. за внимание и практическую помощь при выполнении данной работы.
SUMMARY
The outcomes of influence of non-stationary performances on an evaluation of a hydrodynamic moment acting on the blade of the driving wheel are indicated.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
Косторной С.Д. и др. Моделирование течения жидкости в проточной части гидравлической турбины //Гидравл. Машины. - Харьков: Изд-во «Основа» при ХГУ. - Вып. 24. - С.10-16.
Косторной С.Д. Давиденко А.К. Расчет пространственного потока в рабочем колесе поворотнолопастных гидротурбин осевого типа. Часть І / Вестник СумГУ. - Сумы, 1996. - №2(6). - С.41-46.
Косторной С.Д. Давиденко А.К. Расчет пространственного потока в рабочем колесе поворотнолопастных гидротурбин осевого типа. Часть ІІ / Вестник СумГУ. - Сумы, 1998.- №2(10). - С.23-28.
Хатунцев А.Ю., Мартанова Н.С., Косторной С.Д. Розв'язування задачі обтікання в плоскому потоці методом гідродинамічних особливостей// Вісник СНАУ. Суми, 2002. - №9. - С.17-20.
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Эксплуатационная характеристика гидротурбины. Определение частоты ее вращения, критической высоты отсасывания, диаметра рабочего колеса, размеров отсасывающей трубы и статора. Гидромеханический расчет спиральной камеры. Выбор формы профиля лопатки.
курсовая работа [614,1 K], добавлен 23.01.2014Расчет гидрографов маловодного и средневодного года при заданной обеспеченности стока. Построение суточных, месячных, годовых графиков нагрузки энергосистемы. Определение заглубления рабочего колеса гидротурбины для обеспечения ее бескавитационной работы.
курсовая работа [1,4 M], добавлен 26.10.2011Определение сил и моментов, действующих на звенья рычажного механизма и способов уменьшения динамических нагрузок, возникающих во время его действия. Изучение режимов движения механизмов под действием заданных сил. Оценка прочности элементов механизма.
курсовая работа [155,6 K], добавлен 24.08.2010Определение напора и расхода воды для гидроэлектростанции, диаметра рабочего колеса, частоты вращения турбины, высоты всасывания и подбор генератора. Расчет энергетических и конструктивных параметров комбинированной ветроэлектрической энергоустановки.
курсовая работа [166,2 K], добавлен 26.12.2015Проектирование гидротурбины, разработка эскиза турбинной установки: выбор типа, определение основных параметров. Расчет и построение эксплуатационной характеристики. Гидромеханический расчет спиральной камеры; размеры и конфигурация отсасывающей трубы.
курсовая работа [128,4 K], добавлен 04.03.2012Принцип и порядок расчета в программе ANSYS CFX. Определение аэродинамических характеристик профиля. Особенности модели расчета вращения лопасти. Расчет на звук для лопастей: без законцовки, с законцовкой типа линглетта, горизонтальной законцовкой.
курсовая работа [3,5 M], добавлен 11.11.2013Тепловая схема энергоблока, алгоритм расчета регулирующей ступени турбины К-2000-300; Сводная таблица теплового расчета турбины; расход пара на подогреватели. Расчет на прочность; переменные режимы работы турбины, коэффициент потерь энергии в решетке.
курсовая работа [574,5 K], добавлен 13.03.2012Выбор параметров и термогазодинамический расчет двигателя. Формирование "облика" проточной части турбокомпрессора, согласование параметров компрессора и турбины. Газодинамический расчет узлов и профилирование лопатки рабочего колеса первой ступени КВД.
дипломная работа [895,3 K], добавлен 30.06.2011Расчет конструктивных и технологических параметров поперечно-струйной турбины, водоводов и водоприемника. Количество вырабатываемой электроэнергии за год и объем плотины для гидроэлектростанции, работающей при расходе воды Qн=0,8м/c2 и напоре сопла Нс=6м.
контрольная работа [1,4 M], добавлен 24.09.2013Построение рабочего процесса турбины и определение расхода пара, выбор типа регулирующей ступени. Расчет топливной системы ПТУ и изменения параметров рабочего процесса. Особенности эксплуатации систем СЭУ и порядок обслуживания турбинных установок.
курсовая работа [1,8 M], добавлен 03.07.2012Определение рабочих параметров центробежного дутьевого вентилятора консольного типа, его краткая характеристика и аэродинамический расчет. Проверочный расчет на прочность лопаток и основного диска рабочего колеса. Выбор привода вентиляторной установки.
курсовая работа [1,2 M], добавлен 07.08.2013Основные положения по формированию расчетной схемы рабочего контура. Выбор параметров теплоносителя, рабочего тела. Распределение теплоперепада по ступеням турбины. Особенности компоновки систем регенерации и теплофикации. Отбор пара на собственные нужды.
реферат [408,4 K], добавлен 18.04.2015Особенности расчета параметров схемы замещения ЛЭП. Специфика выполнения расчета рабочего режима сети с учетом конденсаторной батареи. Определение параметров рабочего режима электрической сети итерационным методом (методом последовательных приближений).
курсовая работа [890,7 K], добавлен 02.02.2011Задачи ориентировочного расчета паровой турбины. Определение числа ступеней, их диаметров и распределения тепловых перепадов по ступеням. Вычисление газодинамических характеристик турбины, выбор профиля сопловой лопатки, определение расхода пара.
курсовая работа [840,0 K], добавлен 11.11.2013Приведение переменных и параметров рабочего механизма к валу исполнительного двигателя. Основные характеристики и параметры электропривода. Силовые полупроводниковые преобразователи, принцип их действия и структура. Схемы двигателей постоянного тока.
дипломная работа [1,0 M], добавлен 30.04.2011Технологические схемы тепловых и атомных электростанций. Объемная и массовая подачи насоса. Материальный и энергетический баланс системы. Гидравлические свойства системы трубопроводов. Изменение частоты вращения рабочего колеса насоса с дросселированием.
реферат [642,4 K], добавлен 28.08.2012Обзор существующих систем управления, исследование статических динамических и энергетических характеристик. Разработка и выбор нечеткого регулятора. Сравнительный анализ динамических, статических, энергетических характеристик ранее описанных систем.
курсовая работа [1,6 M], добавлен 27.06.2014Характеристика зубчатых механизмов, где движение между зубьями передается с помощью звеньев. Достоинства и недостатки зубчатых передач. Проектирование зубчатой передачи, состоящей из двух зубчатых колес – шестерни и колеса. Расчет прямозубого колеса.
курсовая работа [75,8 K], добавлен 14.07.2012Проект цилиндра паровой конденсационной турбины турбогенератора, краткое описание конструкции. Тепловой расчет турбины: определение расхода пара; построение процесса расширения. Определение числа ступеней цилиндра; расчет на прочность рабочей лопатки.
курсовая работа [161,6 K], добавлен 01.04.2012Изучение принципа работы солнечных элементов и их характеристик. Рассмотрение принципиальных схем соединения СЭ в батареи. Исследование проблем возникающих при использовании соединений и их решение. Технология изготовления кремниевого фотоэлемента.
реферат [282,1 K], добавлен 03.11.2014
