Application of the method of average dimensionless parameters for determining the optimal operating mode of a high-pressure reversible hydraulic machine

Abstract

Представлено аналіз робіт в області гідродинамічних розрахунків, який відзначає відсутність єдиних підходів в питанні систематизації та узагальнення результатів проведених досліджень. Запропоновано метод визначення оптимальних параметрів роботи оборотної гідромашини, що базується на безрозмірних осереднених параметрах. Даний метод дає можливість на ранніх етапах проектування нових проточних частин спрогнозувати енергетичні характеристики роботи насос-турбін, визначити їх оптимальні параметри, враховуючи при цьому особливості роботи. Він дозволяє визначити основні параметри в насосному режимі роботи агрегату, для подальшої перевірки енергетичних та кінематичних параметрів в турбінному режимі. В роботі представлені рівняння математичного моделювання робочого процесу обраним методом при вирішенні задачі впливу геометричних параметрів високонапірної оборотної гідромашини на параметри оптимального режиму. Також даний метод дослідження дозволяє візуалізувати отримані результати у вигляді прогнозної характеристики, графіків розподілу втрат, поверхонь ККД (повного або гідравлічного), т. д. У результаті проведення оптимізаційних розрахунків проточних частин гідромашин (ОРО200, ОРО500) було побудовано поверхні гідравлічного ККД, визначено кінематичні та енергетичні параметри, побудовано прогнозну характеристику, з нанесеною на ній линією максимального значення потужності. Проведений порівняльний аналіз отриманих результатів з результатами чісельного дослідження просторової течії і результатами фізичного експерименту показав добру збіжність, що свідчить про доцільність застосування обраного методу для дослідження високонапірних оборотних гідромашин.The analysis of works in the field of hydrodynamic calculations, which points out the absence of common approaches in the question of systematization and generalization of the results of the conducted researches, is presented. A method of determining the optimal parameters of the operation of a reversible hydraulic machine is based on dimensionless averaged parameters is proposed. This method makes it possible at the early stages of designing new water passages to predict the energy characteristics of the pump-turbines, and to determine their optimal parameters, taking into account the features of the working process. It allows to determine the main parameters in the pump mode of hydraulic unit operation, for further verification of energy, kinematic parameters in the turbine operation mode. The paper presents the equations of mathematical modeling of the working process by the selected method during solving the problem of the influence of the geometric parameters of a reversible hydraulic machine on the parameters of the optimal mode. Also, this research method allows to visualize the results in the form of a predicted characteristic, loss distribution graphs, efficiency surfaces (total or hydraulic), etc. As a result of optimization calculations of the water passages of the hydraulic machines (ORO200, ORO500), hydraulic efficiency surfaces were constructed, kinematic and energy parameters were determined, a predictive characteristic was constructed, with a line of the maximum power value plotted on it. Accoding to the compared analys the obtained results, the results of a numerical study of the spatial flow and the results of a physical experiment showed good convergence. These conclusions indicate the advisability of using the the method, which bases on dimensionless averaged parameters, for the study of new high-head reversible hydraulic machines and modernization pump-turbines, wich are operating on the hydropower stations