Науковий вісник НГУ

Вплив колових навалів лопатей робочих коліс насос-турбін на енергетичні характеристики

• 
• 

Рейтинг користувача:  / 0

ГіршийКращий 

Деталі

Категорія: Зміст №3 2024

Останнє оновлення: 08 липня 2024

Опубліковано: 30 листопада -0001

Перегляди: 1309

Authors:

О. М. Хорєв, orcid.org/0000-0001-6940-4183, Інститут проблем машинобудування імені А. М. Підгорного НАН України, м. Харків, Україна, e-mail: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.

О. В. Линник, orcid.org/0000-0003-1946-3032, АТ «Українські енергетичні машини», м. Харків, Україна, e-mail: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.

П. О. Коротаєв, orcid.org/0000-0002-7473-9508, Інститут проблем машинобудування імені А. М. Підгорного НАН України, м. Харків, Україна, e-mail: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.

Ю. А. Биков*, orcid.org/0000-0001-7089-8993, Інститут проблем машинобудування імені А. М. Підгорного НАН України, м. Харків, Україна, e-mail: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.

Є. С. Агібалов, orcid.org/0000-0003-3866-9992, Інститут проблем машинобудування імені А. М. Підгорного НАН України, м. Харків, Україна, e-mail: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.

* Автор-кореспондент e-mail: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.

повний текст / full article

Naukovyi Visnyk Natsionalnoho Hirnychoho Universytetu. 2024, (3): 056 - 062

https://doi.org/10.33271/nvngu/2024-3/056

Abstract:

Мета. Підвищення ефективності радіально-осьової насос-турбіни Дністровської ГАЕС на основі просторового профілювання лопатей робочого колеса за допомогою колових навалів.

Методика. Проєктування нових робочих коліс здійснювалось за допомогою просторового профілювання лопатей, що відрізнялися тільки компоновкою профілів (взаємним розташуванням) у коловому напрямку. Лопаті моделей робочих коліс діаметром 350 мм було виготовлено методом 3D-друку з пластику PLA. Експериментальні дослідження проведені на гідродинамічному стенді ІПМаш ЕКС-30, характеристики якого відповідають вимогам міжнародного стандарту щодо модельних приймально-здавальних випробувань гідромашин різного типу.

Результати. На основі запропонованого методу просторового профілювання лопатей робочих коліс досліджено вплив колових навалів на енергетичні показники насос-турбін. Отримані характеристики в широкому діапазоні роботи турбінного й насосного режимів трьох варіантів проточних частин. Наведені параметри оптимальних режимів і значення максимальних ККД. Дано порівняння енергетичних характеристик у турбінному режимі при постійних частотах обертання, що відповідають максимальному, номінальному й мінімальному напорам на Дністровській ГАЕС. У насосному режимі наведені залежності кривих ефективності та напорів від подачі при різних значеннях відкриттів напрямного апарату.

Наукова новизна. Уперше встановлено вплив колових навалів (просторового профілювання) лопатей робочих коліс радіально-осьової насос-турбіни на енергетичні характеристики в турбінному й насосному режимах, що дало змогу помітно підвищити рівень ефективності практично у всьому діапазоні роботи турбінного режиму.

Практична значимість. Спроєктоване нове високоефективне робоче колесо планується до впровадження на гідроагрегатах № 5-7 Дністровської ГАЕС. Для підтвердження результатів сумісно з АТ «Українські енергетичні машини» передбачається виготовлення та дослідження великомасштабних моделей насос-турбін із металевими робочими колесами.

Ключові слова: насос-турбіна, радіально-осьова турбіна, робоче колесо, гідродинамічній стенд, експериментальні дослідження

References.

1. European Commission (2023). 2050 long-term strategy. Retrieved from https://climate.ec.europa.eu/eu-action/climate-strategies-targets/ 2050-long-term-strategy_en.

2. IRENA (2023). IRENA Renewable Energy Statistics 2022. Retrieved from https://www.irena.org/publications/2022/Jul/Renewable-Energy-Statistics-2022.

3. IHA (2023). IHA 2022 Hydropower Status Report. Retrieved from https://www.hydropower.org/publications/2022-hydropower-status-report.

4. Hunt, J. D., Zakeri, B., Nascimento, A., & Brandão, R. (2022). Pumped hydro storage (PHS). In T. M. Letcher: Storing Energy (2 ^nd ed., pp. 37-65). Elsevier. https://doi.org/10.1016/B978-0-12-824510-1.00008-8.

5. Flores, E., Bornard, L., Tomas, L., Liu, J., & Couston, M. (2012). Design of large Francis turbine using optimal methods. IOP Conf. Series: Earth and Environmental Science, 15, 022023. https://doi.org/ 10.1088/1755-1315/15/2/022023.

6. Abeykoon, C. (2022). Modelling and Optimisation of a Kaplan Turbine – A Comprehensive Theoretical and CFD Study. Cleaner Energy Systems, 3, 100017. https://doi.org/10.1016/j.cles.2022.100017.

7. Du, J., Ge, Z., Wu, H., Shi, X., Yuan, F., Yu, W., Wang, D., & Yang, X. (2022). Study on the effects of runner geometric parameters on the performance of micro Francis turbines used in water supply system of high-rise buildings. Energy, 256, 124616. https://doi.org/10.1016/ j.energy.2022.124616.

8. Cerriteño, A., Delgado, G., Galván, S., Dominguez, F., & Ramí­rez, R. (2021). Reconstruction of the Francis 99 main runner blade using a hybrid parametric approach. IOP Conference Series: Earth and Environmental Science, 774, 012074. https://doi.org/10.1088/1755-1315/774/1/012074.

9. Rusanov, A., Rusanov, R., & Lampart, P. (2015). Designing and updating the flow part of axial and radial-axial turbines through mathematical modeling. Open Engineering, 5, 399-410. https://doi.org/10.1515/eng-2015-0047.

10. Delgado, G., Galván, S., Dominguez-Mota, F., García, J. C., & Valencia, E. (2020). Reconstruction methodology of a Francis runner blade using numerical tools. Journal of Mechanical Science and Technology, 34, 1237-1247. https://doi.org/10.1007/s12206-020-0222-4.

11. Leguizamón, S., & Avellan, F. (2020). Open-source implementation and validation of a 3D inverse design method for Francis turbine runners. Energies, 13, 2020. https://doi.org/10.3390/en13082020.

12. Rusanov, A., Subotin, V., Shvetsov, V., Rusanov, R., Palkov, S., Palkov, I., & Chugay, M. (2022). Application of innovative solutions to improve the efficiency of the LPC flow part of the 220 MW NPP steam turbine. Archives of Thermodynamics, 43(1), 63-87. https://doi.org/10.24425/ather.2022.140925.

13. Ma, Z., Zhu, B., Rao, C., & Shangguan, Y. (2019). Comprehensive hydraulic improvement and parametric analysis of a Francis turbine runner. Energies, 12, 307. https://doi.org/10.3390/en12020307.

14. Ye, W., Geng, C., & Luo, X. (2022). Unstable flow characteristics in vaneless region with emphasis on the rotor-stator interaction for a pump turbine at pump mode using large runner blade lean. Renewable Energy, 185, 1343-1361. https://doi.org/10.1016/j.renene.2021.12.129.

15. Kim, S.-J., Choi, Y.-S., Cho, Y., Choi, J.-W., & Kim, J.-H. (2019). Effect of blade thickness on the hydraulic performance of a Francis hydro turbine model. Renewable Energy, 134, 807-817. https://doi.org/10.1016/j.renene.2018.11.066.

16. Yu, Z.-F., Wang, W.-Q., Yan, Y., Wang, H.-Y., & Wu, W.-L. (2022). Evaluating energy-efficiency improvement of variable-speed operation with the help of entropy: A case study of low-head Francis turbine. Sustainable Energy Technologies and Assessments, 53, 102468. https://doi.org/10.1016/j.seta.2022.102468.

17. Iliev, I., Tengs, E.O., Trivedi, C., & Dahlhaug, O.G. (2020). Optimization of Francis turbines for variable speed operation using surrogate modeling approach. Journal of Fluids Engineering, 142, 101214. https://doi.org/10.1115/1.4047675.

18. Tengs, E., Charrassier, F., Jordal, M. R., & Iliev, I. (2021). Fully automated multidisciplinary design optimization of a variable speed turbine. IOP Conference Series: Earth and Environmental Science, 774, 012031. https://doi.org/10.1088/1755-1315/774/1/012031.

19. Lee, N.-J., Hwang, Y.-C., Inagaki, M., & Miyagawa, K. (2021). Design Optimization of High Specific Speed Prototype Francis Turbine by Design of Experiments. Journal of Physics: Conference Series, 1909(1), 012047. https://doi.org/10.1088/1742-6596/1909/1/012047.

20. Qin, Y., Li, D., Wang, H., Liu, Z., Wei, X., & Wang, X. (2022). Multi-objective optimization design on high pressure side of a pump-turbine runner with high efficiency. Renewable Energy, 190, 103-120. https://doi.org/10.1016/j.renene.2022.03.085.

21. Lestriez, R., Calvo, D., & Mendicino, D. (2021). Advanced Optimization Tools for Hydro Turbine Runner Design. IOP Conference Series: Earth and Environmental Science, 774, 012001. https://doi.org/10.1088/1755-1315/774/1/012001.

22. Aponte, R. D., Teran, L. A., Grande, J. F., Coronado, J. J., Ladino, J. A., Larrahondo, F. J., & Rodríguez, S. A. (2020). Minimizing erosive wear through a CFD multi-objective optimization methodology for different operating points of a Francis turbine. Renewable Energy, 145, 2217-2232. https://doi.org/10.1016/j.renene.2019.07.116.

23. Linnik, A. V., Ryabova, S. A., Varenko, V. D., Ryabov, A. V., & Khoryev, O. N. (2016). Calculated and experimental studies of the flow paths of PL20 turbines to modernize the Kremenchug hydroelectric power station hydro turbines. Journal of Mechanical Engineering, 19, 12-19. https://doi.org/10.15407/pmach2016.03.012.

24. Khoryev, O., Korotaiev, P., Agibalov, Y., Bykov, Y., & Maksymenko-Sheiko, K. (2023). Experimental Studies of Pump-Turbine Flow Part Models at Heads of 80–120 m. In H. Altenbach: Advances in Mechanical and Power Engineering. CAMPE 2021. Lecture Notes in Mechanical Engineering, (pp. 24-33). Springer, Cham. https://doi.org/10.1007/978-3-031-18487-1_3.

25. Bykov, Y., Khoryev, O., Korotaiev, P., Dedkov, V., & Agibalov, Y. (2022). Numerical Investigation of Unsteady Flow in Draft Tube with Ribs. In Proc. of 2022 IEEE KhPI Week on Advanced Technology, (pp. 589-594). IEEE. https://doi.org/10.1109/KhPIWeek57572.2022. 9916461.

26. Rusanov, A., Chugay, M., & Rusanov, R. (2023). Advanced Computer Technologies in the New Flow Part Development for Reactive Type HPC Steam Turbine of T-100 Series. In H. Altenbach: Advances in Mechanical and Power Engineering. CAMPE 2021. Lecture Notes in Mechanical Engineering, (pp. 55-63). Springer, Cham. https://doi.org/10.1007/978-3-031-18487-1_6.

27. Rusanov, A. V., Subotin, V. H., Khoryev, O. M., Bykov, Y. A., Korotaiev, P. O., & Ahibalov, Y. S. (2022). Effect of 3D Shape of Pump-Turbine Runner Blade on Flow Characteristics in Turbine Mode. Journal of Mechanical Engineering, 25, 6-13. https://doi.org/10.15407/pmach2022.04.006.

28. Rusanov, A., & Rusanov, R. (2021). The influence of stator-rotor interspace overlap of meridional contours on the efficiency of high-pressure steam turbine stages. Archives of Thermodynamics, 42(1), 97-114. https://doi.org/10.24425/ather.2021.136949.

29. Rusanov, A., Rusanov, R., Klonowicz, P., Lampart, P., Żywica, G., & Borsukiewicz, A. (2021). Development and experimental validation of real fluid models for CFD calculation of ORC and steam turbine flows. Materials, 14(22), 6879. https://doi.org/10.3390/ma14226879.

30. Rusanov, A., Shubenko, A., Senetskyi, O., Babenko, O., & Rusanov, R. (2019). Heating modes and design optimization of cogeneration steam turbines of powerful units of combined heat and power plant. Energetika, 65(1), 39-50. https://doi.org/10.6001/energetika.v65i1.3974.

31. Rusanov, A. V., Kostikov, A. O., Shubenko, O. L., Kharlampidi, D. K., Tarasova, V. O., & Senetskyi, O. V. (2019). Highly efficient cogeneration power plant with deep regeneration based on air Brayton cycle. Journal of Mechanical Engineering, 22(4), 12-23. https://doi.org/10.15407/pmach2019.04.012.

• < Попередня
• Наступна >