МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ УКРАИНЫ

НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

«Харьковский политехнический институт»

В. В. Барлит, К. А. Миронов, А. В. Власенко, Л. К. Яковлева

РАСЧЕТ И ПРОЕКТИРОВАНИЕ ПРОТОЧНОЙ ЧАСТИ РЕАКТИВНЫХ ГИДРОТУРБИН

НА ОСНОВЕ ЧИСЛЕННОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ РАБОЧЕГО ПРОЦЕССА

Учебное пособие по курсу «Гидравлические турбины и насос-турбины»

для студентов специальностей: 7(8).090209 «Гидравлические и пневматические машины», 7(8).090503 «Гидроэнергетика»,

7.090217 «Оборудование нефтяных и газовых промыслов»

Под редакцией В. В. Барлита

Харьков НТУ «ХПИ» 2008

ББК 31.56

Р24

УДК 621.224

Рецензенты:

В. Г. Солодов, д-р техн. наук, проф., зав. кафедрой «Теоретическая механика и гидравлика» ХНАДУ;

А. А. Быков, канд. техн. наук, ст. н. сотр., ИПМАШНАН Украины;

А. В. Бондаренко, канд. техн. наук, доц. кафедры «Гидравлические машины» НТУ «ХПИ»

Авторы: В. В. Барлит, К. А. Миронов, А. В. Власенко, Л. К. Яковлева

Р24 Расчет и проектирование проточной части реактивных гидротурбин на основе численного моделирования рабочего процесса [Текст] : учеб. пособие / В. В. Барлит, К. А. Миронов [и др.]; под ред. В. В. Барлита. - Харьков : НТУ «ХПИ», 2008. - 216 с. - На рус. яз.

ISBN 978-966-593-603-9

Пособие содержит методику решения обратной задачи профилирования лопасти и прямой двумерной решеточной задачи обтекания лопастных систем гидромашин, а также расчет всей проточной части гидротурбины с помощью современных пакетов проблемных программ.

Предназначено для студентов, магистров и аспирантов специальностей «Гидравлические и пневматические машины», «Гидроэнергетика», «Оборудование нефтяных и газовых промыслов».

ISBN 978-966-593-603-9

ОГЛАВЛЕНИЕ

Вступление

Глава 1. РАСЧЕТ И ПРОЕКТИРОВАНИЕ РАБОЧИХ КОЛЕС РЕАКТИВНЫХ ГИДРОТУРБИН

1. Расчет рабочего колеса и профилирование его лопастей (CAD-Blade Generation)

1.1. Основные требования, предъявляемые к проточной части гидротурбины; техническое задание заказчика на проектирование и поставку гидротурбинного оборудования

1.2. Статистические данные отечественных и зарубежных гидротурбинных фирм; база данных для выбора расчетных параметров рабочего колеса/проточной части

1.3. Функциональная блок-схема, алгоритм расчета лопастной системы рабочего колеса и разработки проточной части гидротурбины

1.4. Построение полости радиально-осевого рабочего колеса и расчет меридионального потока при помощи программы «Potok»

1.5. Выбор количества лопастей, угла охвата, кромок лопасти, ее максимальной толщины и закона распределения толщины в зависимости от напора турбины

1.6. Профилирование лопастей радиально-осевого рабочего колеса при помощи метода конформных отображений лопасти на единый цилиндр

1.6.1. Сущность метода; построение сеток на конформной плоскости и на поверхностях тока рабочего колеса

1.6.2. Построение скелетов и профилей конечной толщины на конформной диаграмме

1.6.3. Построение лопасти при помощи ее радиальных и горизонтальных сечений; теоретический чертеж лопасти

1.7. Пример расчета и проектирования рабочего колеса РО500

Контрольные вопросы

2. Расчет обтекания лопастной системы рабочего колеса и прогнозирование его энергетических и кавитационных показателей при помощи метода ЦКТИ

2.1. Исходные данные; функциональная блок-схема решения прямой решеточной задачи

2.2. Расчет относительных скоростей W(s) и давления p(s) на профилях решеток профилей рабочего колеса

2.3. Определение параметров осредненного потока в лопастных каналах и на выходе из рабочего колеса

2.4.Расчет потерь энергии в решетках и прогнозирование гидравлического КПД рабочего колеса

2.4.1. Профильные потери в решетке

2.4.2. Ударные потери энергии на входе в решетку

2.4.3. Циркуляционные потери на выходе из рабочего колеса

2.4.4. Гидравлический КПД рабочего колеса и турбины

2.5. Расчетная оценка кавитационного коэффициента рабочего колеса и турбины

2.6. Краткий анализ расчетных данных обтекания лопастной системы радиально-осевого рабочего колеса

2.6.1. Энергетические прогнозные характеристики (показатели)

2.6.2. Кавитационные прогнозные показатели

Контрольные вопросы

Список использованной литературы

Глава 2. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ПРОТОЧНОЙ ЧАСТИ И ПРОГНОЗИРОВАНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК ГИДРОТУРБИН НА ОСНОВЕ ЧИСЛЕННОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ ИХ РАБОЧЕГО ПРОЦЕССА

2.1. Структура системы автоматизированного проектирования проточной части и последовательность проведения численного эксперимента (CFD - Computational Fluid Dynamics)

2.2. Модели потока в рабочем колесе и пакеты программ (CFD Tools) многоуровневого расчета и оптимизации рабочих колес

2.3. Содержание и структура пакета программ CFX- TASCflow

2.4. Расчетная оценка энергетических характеристик гидротурбины

2.4.1. Подвод турбины

2.4.2. Рабочее колесо

2.4.3. Отсасывающая труба

2.5. Основные критерии оценки энергетических и кавитационных показателей гидротурбины и оптимизация проточной части

2.6. Последовательность проведения численного моделирования потока и расчета потерь энергии в проточной части гидротурбин

2.6.1. Расчет и проектирование новой проточной части

2.6.2. Модернизация проточной части эксплуатируемых турбин

2.7. Оценка точности прогнозирования энергетических характеристик турбины при помощи пакетов программ (CFD Tools)

Заключение

Список использованной литературы

Рекомендуемая литература (отечественная и зарубежная)

Приложение 1 (Иллюстрации и рисунки). Радиально-осевые гидротурбины (Francis Turbines)

Приложение 2 (Иллюстрации и рисунки). Осевые поворотнолопастные гидротурбины (Kaplan Turbines)

Приложение 3 (Иллюстрации и рисунки). Обратимые радиальноосевые гидротурбины (Reversible Francis Pump Turbines)

Приложение 4 (Иллюстрации и рисунки). Оптимизация проточной части гидротурбин и оценка точности прогнозирования энергетических показателей при помощи ППП (CFD Tools)

Приложение 5 (Иллюстрации и рисунки). Численное моделирование нестационарного потока в проточной части гидротурбин и насос-турбин

Приложение 6 (Иллюстрации и рисунки). Модернизация проточной части действующих гидротурбин