Кухтенков Ю. М. Прогнозування низькочастотних пульсацій тиску у радіально-осьових гідротурбінах та шляхи їх зменшення

Об'єкт дослідження - низькочастотні процеси пульсацій тисків у відсмоктуючій трубі гідротурбіни, що обумовлені рухом вихрових джгутів. Мета дослідження - прогнозування пульсаційних характеристик гідротурбін на основі просторової математичної моделі руху вихрових джгутів у відсмоктуючій трубі і зниження рівня джгутових пульсацій тиску за рахунок застосування конструктивних засобів. Методи дослідження - математичне і фізичне моделювання, які дозволили прогнозувати джгутові пульсації тиску у відсмоктуючій трубі на базі моделей течії ідеальної рідини. Експериментальний метод дослідження застосовувався при визначенні амплітуд і частот пульсацій тиску від вихрових джгутів і їх геометричних та кінематичних параметрів для прогнозування джгутових пульсацій тиску у відсмоктуючих трубах гідротурбін. Новизна - розроблена математична модель розрахунку джгутових пульсацій тиску з урахуванням довільного числа вихрових джгутів та додаткового осесиметричного потоку у відсмоктуючій трубі РО гідротурбіни, що дозволяє точніше прогнозувати пульсаційні характеристики; запропоновано для чисельної реалізації задачі по прогнозуванню пульсацій тиску визначати напруженість вихрової поверхні, що моделює стінку відсмоктуючої труби, у вигляді заданого ряду Фурє з невідомими коефіцієнтами із рівняння Фредгольма, а інтенсивність вихрових джутів - з осесиметричної кромкової задачі; вперше визначені закономірності змінення основних геометричних параметрів вихрових джгутів у відсмоктуючій трубі у широкому діапазоні режимів роботи гідротурбіни і одержані апроксимаційні залежності для прогнозування пульсаційних характеристик на основі проведених експериментів на модельних гідравлічних турбінах. Результати - розроблена методика, що дозволяє розраховувати й аналізувати пульсаційні характеристики у РО гідротурбінах; порівняння прогнозних характеристик з результатами модельних і натурних експериментів свідчить про їх задовільне узгодження - це дає можливість точніше визначити зону експлуатації гідротурбіни і використовувати ці дані у розрахункахна міцність елементів гідроагрегата; розроблена методика побудови амплітудної й частотної характеристик пульсацій тиску від декількох вихрових джгутів у відсмоктуючій трубі РО гідротурбіни з урахуванням границь переходу, що дозволяє оцінити рівень нестаціонарності у широкому діапазоні режимів роботи; на основі експериментів у модельних гідротурбінах на напори 100-300 метрів визначені апроксимаційні залежності геометричних параметрів вихрових джгутів у відсмоктуючій трубі від режимів роботи, що дає можливість виконувати розрахунки пульсацій тиску; застосування різних практичних заходів - подовженого обтічника робочого колеса, різних конструкцій РО робочих коліс з поворотними елементами, впуску повітря під робоче колесо - дозволяє значно зменшити пульсації тиску у відсмоктуючій трубі гідротурбіни. Впровадження - кафедра гідравлічних машин НТУ "ХПІ", ВАТ "Турбоатом" м. Харків. Галузь використання - енергетиче машинобудування.