Effect of 3D Shape of Pump-Turbine Runner Blade on Flow Characteristics in Turbine Mode

Effect of 3D Shape of Pump-Turbine Runner Blade on Flow Characteristics in Turbine Mode

The effect of blade spatial profiling with the help of tangential blade lean of Francis pump-turbine runner with heads up to 200 m on the flow structure and energy characteristics was numerically investigated. A flow part model of Francis pump-turbine of the Dniester pumped storage plant wa...

Повний опис

Збережено в:
Бібліографічні деталі
Дата:2023
Автори: Русанов, А. В., Суботін, В. Г., Хорєв, О. М., Биков, Ю. А., Коротаєв, П. О., Агібалов, Є. С.
Формат: Стаття
Мова:English
Ukrainian
Опубліковано: Journal of Mechanical Engineering 2023
Онлайн доступ:https://journals.uran.ua/jme/article/view/272168
Теги: Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
Назва журналу:Journal of Mechanical Engineering

Репозитарії

Journal of Mechanical Engineering
id journalsuranuajme-article-272168
record_format ojs
institution Journal of Mechanical Engineering
collection OJS
language English
Ukrainian
format Article
author Русанов, А. В.
Суботін, В. Г.
Хорєв, О. М.
Биков, Ю. А.
Коротаєв, П. О.
Агібалов, Є. С.
spellingShingle Русанов, А. В.
Суботін, В. Г.
Хорєв, О. М.
Биков, Ю. А.
Коротаєв, П. О.
Агібалов, Є. С.
Effect of 3D Shape of Pump-Turbine Runner Blade on Flow Characteristics in Turbine Mode
author_facet Русанов, А. В.
Суботін, В. Г.
Хорєв, О. М.
Биков, Ю. А.
Коротаєв, П. О.
Агібалов, Є. С.
author_sort Русанов, А. В.
title Effect of 3D Shape of Pump-Turbine Runner Blade on Flow Characteristics in Turbine Mode
title_short Effect of 3D Shape of Pump-Turbine Runner Blade on Flow Characteristics in Turbine Mode
title_full Effect of 3D Shape of Pump-Turbine Runner Blade on Flow Characteristics in Turbine Mode
title_fullStr Effect of 3D Shape of Pump-Turbine Runner Blade on Flow Characteristics in Turbine Mode
title_full_unstemmed Effect of 3D Shape of Pump-Turbine Runner Blade on Flow Characteristics in Turbine Mode
title_sort effect of 3d shape of pump-turbine runner blade on flow characteristics in turbine mode
title_alt Вплив просторової форми лопатей робочих коліс насос-турбіни на характеристики потоку в турбінному режимі
Вплив просторової форми лопатей робочих коліс насос-турбіни на характеристики потоку в турбінному режимі
description The effect of blade spatial profiling with the help of tangential blade lean of Francis pump-turbine runner with heads up to 200 m on the flow structure and energy characteristics was numerically investigated. A flow part model of Francis pump-turbine of the Dniester pumped storage plant was adopted as original version. Two new blade systems were designed, which differed from the original version by mutual position of cross-sections in tangential direction: with positive and negative lean, while the shape of the cross-sections themselves remained unchanged. Modeling of the viscous incompressible flow in calculation domain, which contains one channel of the guide vane and the runner, for three variants of flow parts, was performed using the IPMFlow software based on numerical integration of the Reynolds equations with an additional term containing artificial compressibility. To take into account the turbulent effects, the SST differential two-parameter turbulence model of Menter is applied. Numerical integration of the equations is carried out using an implicit quasi-monotonic Godunov scheme of second order accuracy in space and time. The study was carried out for models with runner diameter of 350 mm in a wide range of guide vane openings at reduced rotation frequencies corresponding to the minimal, design and maximal heads of the station. A comparison of pressure fields and velocity vectors in the runners, pressure graphs on runner blades, distribution of velocity components at inlet to a draft tube, and efficiency of three variants of flow parts are presented. It was concluded that calculation domain with the new RK5217M2 runner with negative tangential lean has the best characteristics. An experimental study of three runners on a hydrodynamic stand are planned.
publisher Journal of Mechanical Engineering
publishDate 2023
url https://journals.uran.ua/jme/article/view/272168
work_keys_str_mv AT rusanovav effectof3dshapeofpumpturbinerunnerbladeonflowcharacteristicsinturbinemode
AT subotínvg effectof3dshapeofpumpturbinerunnerbladeonflowcharacteristicsinturbinemode
AT horêvom effectof3dshapeofpumpturbinerunnerbladeonflowcharacteristicsinturbinemode
AT bikovûa effectof3dshapeofpumpturbinerunnerbladeonflowcharacteristicsinturbinemode
AT korotaêvpo effectof3dshapeofpumpturbinerunnerbladeonflowcharacteristicsinturbinemode
AT agíbalovês effectof3dshapeofpumpturbinerunnerbladeonflowcharacteristicsinturbinemode
AT rusanovav vplivprostorovoíformilopatejrobočihkolísnasosturbíninaharakteristikipotokuvturbínnomurežimí
AT subotínvg vplivprostorovoíformilopatejrobočihkolísnasosturbíninaharakteristikipotokuvturbínnomurežimí
AT horêvom vplivprostorovoíformilopatejrobočihkolísnasosturbíninaharakteristikipotokuvturbínnomurežimí
AT bikovûa vplivprostorovoíformilopatejrobočihkolísnasosturbíninaharakteristikipotokuvturbínnomurežimí
AT korotaêvpo vplivprostorovoíformilopatejrobočihkolísnasosturbíninaharakteristikipotokuvturbínnomurežimí
AT agíbalovês vplivprostorovoíformilopatejrobočihkolísnasosturbíninaharakteristikipotokuvturbínnomurežimí
first_indexed 2024-06-01T14:44:43Z
last_indexed 2024-06-01T14:44:43Z
_version_ 1800670369314504704
spelling journalsuranuajme-article-2721682023-04-24T13:26:06Z Effect of 3D Shape of Pump-Turbine Runner Blade on Flow Characteristics in Turbine Mode Вплив просторової форми лопатей робочих коліс насос-турбіни на характеристики потоку в турбінному режимі Вплив просторової форми лопатей робочих коліс насос-турбіни на характеристики потоку в турбінному режимі Русанов, А. В. Суботін, В. Г. Хорєв, О. М. Биков, Ю. А. Коротаєв, П. О. Агібалов, Є. С. The effect of blade spatial profiling with the help of tangential blade lean of Francis pump-turbine runner with heads up to 200 m on the flow structure and energy characteristics was numerically investigated. A flow part model of Francis pump-turbine of the Dniester pumped storage plant was adopted as original version. Two new blade systems were designed, which differed from the original version by mutual position of cross-sections in tangential direction: with positive and negative lean, while the shape of the cross-sections themselves remained unchanged. Modeling of the viscous incompressible flow in calculation domain, which contains one channel of the guide vane and the runner, for three variants of flow parts, was performed using the IPMFlow software based on numerical integration of the Reynolds equations with an additional term containing artificial compressibility. To take into account the turbulent effects, the SST differential two-parameter turbulence model of Menter is applied. Numerical integration of the equations is carried out using an implicit quasi-monotonic Godunov scheme of second order accuracy in space and time. The study was carried out for models with runner diameter of 350 mm in a wide range of guide vane openings at reduced rotation frequencies corresponding to the minimal, design and maximal heads of the station. A comparison of pressure fields and velocity vectors in the runners, pressure graphs on runner blades, distribution of velocity components at inlet to a draft tube, and efficiency of three variants of flow parts are presented. It was concluded that calculation domain with the new RK5217M2 runner with negative tangential lean has the best characteristics. An experimental study of three runners on a hydrodynamic stand are planned. У чисельний спосіб досліджено вплив просторового профілювання за допомогою колових навалів лопатей радіально-осьових робочих коліс насос-турбін з напорами до 200 м на структуру потоку і енергетичні характеристики. Як вихідний варіант прийнято модель проточної частини радіально-осьової насос-турбіни Дністровської ГАЕС. Спроєктовано дві нові лопатеві системи, що відрізнялися від вихідного варіанта взаємним розташуванням розрахункових перерізів у коловому напрямі: із позитивним і негативним навалом, при цьому форма самих перерізів залишалася незмінною. Моделювання нестисливої течії в'язкої рідини в розрахункових областях, що містили по одному каналу напрямного апарата і робочого колеса, трьох варіантів проточних частин виконано за допомогою програмного комплексу IPMFlow на основі чисельного інтегрування рівнянь Рейнольдса з додатковим членом, що містить штучну стисливість. Для врахування турбулентних ефектів застосована диференціальна двопараметрична модель турбулентності SST Ментера. Чисельне інтегрування рівнянь проводиться з використанням неявної квазімонотонної схеми Годунова другого порядку точності за простором і часом. Дослідження проведено для моделей з діаметром робочого колеса 350 мм в широкому діапазоні відкриттів напрямного апарату при приведених частотах обертання, що відповідають мінімальному, номінальному і максимальному напорам на станції. Наведено порівняння полів тиску і векторів швидкості в каналах робочих коліс, епюр тиску на лопатях коліс, розподіл компонент швидкості на вході у відсмоктувальну трубу, а також ККД трьох варіантів проточних частин. Зроблено висновок, що найкращі характеристики має розрахункова область з новим робочим колесом РК5217М2 з негативним втулковим коловим навалом. Заплановано експериментальні дослідження трьох коліс на гідродинамічному стенді. У чисельний спосіб досліджено вплив просторового профілювання за допомогою колових навалів лопатей радіально-осьових робочих коліс насос-турбін з напорами до 200 м на структуру потоку і енергетичні характеристики. Як вихідний варіант прийнято модель проточної частини радіально-осьової насос-турбіни Дністровської ГАЕС. Спроєктовано дві нові лопатеві системи, що відрізнялися від вихідного варіанта взаємним розташуванням розрахункових перерізів у коловому напрямі: із позитивним і негативним навалом, при цьому форма самих перерізів залишалася незмінною. Моделювання нестисливої течії в'язкої рідини в розрахункових областях, що містили по одному каналу напрямного апарата і робочого колеса, трьох варіантів проточних частин виконано за допомогою програмного комплексу IPMFlow на основі чисельного інтегрування рівнянь Рейнольдса з додатковим членом, що містить штучну стисливість. Для врахування турбулентних ефектів застосована диференціальна двопараметрична модель турбулентності SST Ментера. Чисельне інтегрування рівнянь проводиться з використанням неявної квазімонотонної схеми Годунова другого порядку точності за простором і часом. Дослідження проведено для моделей з діаметром робочого колеса 350 мм в широкому діапазоні відкриттів напрямного апарату при приведених частотах обертання, що відповідають мінімальному, номінальному і максимальному напорам на станції. Наведено порівняння полів тиску і векторів швидкості в каналах робочих коліс, епюр тиску на лопатях коліс, розподіл компонент швидкості на вході у відсмоктувальну трубу, а також ККД трьох варіантів проточних частин. Зроблено висновок, що найкращі характеристики має розрахункова область з новим робочим колесом РК5217М2 з негативним втулковим коловим навалом. Заплановано експериментальні дослідження трьох коліс на гідродинамічному стенді. Journal of Mechanical Engineering Проблемы машиностроения Проблеми машинобудування 2023-04-24 Article Article application/pdf application/pdf https://journals.uran.ua/jme/article/view/272168 Journal of Mechanical Engineering; Vol. 25 No. 4 (2022); 6-14 Проблемы машиностроения; Том 25 № 4 (2022); 6-14 Проблеми машинобудування; Том 25 № 4 (2022); 6-14 2709-2992 2709-2984 en uk https://journals.uran.ua/jme/article/view/272168/267774 https://journals.uran.ua/jme/article/view/272168/267775 Copyright (c) 2023 А. В. Русанов, В. Г. Суботін, О. М. Хорєв, Ю. А. Биков, П. О. Коротаєв, Є. С. Агібалов http://creativecommons.org/licenses/by-nd/4.0

Схожі ресурси