29.11.2017

Специалисты АО "СимуЛабс" разработали АРМ для расчета и оптимизации геометрии гидротурбин поперечного потока

Сегодня острая конкуренция на мировом рынке производителей гидротурбин малой и средней мощности приводит к необходимости дальнейшего совершенствования методов проектирования и расчета энергетических и квитанционных характеристик гидроагрегатов. К основным требованиям, предъявляемым к гидротурбинам в процессе проектирования, относятся необходимость обеспечения требуемой мощности турбины при заданном напоре, а также обеспечение требуемого уровня средневзвешенного КПД гидротурбины.

Одним из важнейших элементов проточной части любой гидротурбины является оптимальная геометрия рабочего колеса. Развитие методов вычислительной гидродинамики (CFD), алгоритмов оптимизации и средств пользовательского программирования позволяют автоматизировать процесс проектирования лопастной системы рабочих колес гидротурбин.

Процесс инженерного проектирования проточных частей гидротурбин является сложным и трудоемким процессом, требующим большого инженерного опыта и обширной базы накопленного статистического материала. Для повышения эффективности и автоматизации этого процесса специалистами АО «СимуЛабс» разработан и верифицирован комплекс автоматизированного оптимизационного проектирования «CFT Modeler 1.0» на базе расчетного комплекса ANSYS, предназначенный для расчета гидротурбин поперечного потока (crossflow turbine, анг.).

Турбина поперечного потока относится к классу активных турбин, в которых поток при свободном истечении воздействует только на часть лопастей рабочего колеса.

Турбина поперечного потока разработана и запатентована австралийским инженером Этнони Митчеллом в 1903 году. Затем ее конструкция была усовершенствована венгерским изобретателем Донатом Банки, разработавшим специальную методику для расчета лопастной системы данной турбины.

Но наибольших успехов в части коммерциализации турбины поперечного потока добился немецкий предприниматель Фриц Оссбергер. Свой первый патент на турбину Оссбергер получил в 1922 году ("Свободно-струйная турбина"). Сегодня компания, основанная Оссбергером, является ведущим производителем турбин поперечного потока в мире.

Турбины поперечного потока получили наибольшее распространение в малой гидроэнергетике, которая является наиболее эффективным способом решения энергетических проблем в зонах децентрализованного энергоснабжения, в отдаленных и малонаселенных областях нашей страны. Микрогидроэлектростанцию можно установить практически в любом месте. Кроме того, сооружение объектов малой гидроэнергетики характеризуется низкой затратностью и быстрой окупаемостью. При этом отсутствуют проблемы, свойственные крупной гидроэнергетики: строительство сложных и дорогостоящих гидросооружений, затопление местности и пр.

Разработанный АРМ, реализованный в виде пошагового мастера (wizard), использует решатели ANSYS CFX или ANSYS Fluent (на выбор пользователя) для моделирования гидродинамики двухфазного потока (вода-воздух) в проточной части гидротурбины с учетом процесса кавитации. Начальная геометрия турбины строится на основе аналитического расчета. Основная серия расчетов выполняется в стационарной постановке (в приближении модели "замороженного колеса") для нескольких положений ротора относительно входного канала. Полученные результаты осредняются и сравниваются с результатами опорного нестационарного расчета.

Для решения задачи оптимизации геометрии лопастной системы турбины, а также геометрии входного профилированного канала применяется пакет оптимизации ANSYS DesignExplorer.

Более детальную техническую информацию о разработанном АРМ мы опубликуем в ближайшее время.

С уважением, Денис Хитрых

R&D, Директор АО "СимуЛабс"

 
 
Контактная информация

111672, г. Москва,
ул. Суздальская, д. 46,
офис 203

Тел. : +7 (495) 646-56-77