Search

The task of determining the power consumption during the operation of the turbine stage in the low-cost mode is considered. To solve it, a theoreticalexperimental approach was used, based on the one-dimensional theory of the movement of a incompressible working medium and the results of an experimental study of a number of models of large fanning degrees, in which the working medium is air. When operating heating turbines, the lowpressure cylinders work in the area of low-cost modes up to 85 % of the time, both with a partially and completely closed rotary diaphragm of the regulating stage. When the volumetric flow rate of steam in the flow part of the low-pressure cylinder at low-flow modes is reduced, a sleeve separation of the flow develops and a vortex is formed in the inter-crown gap of the stage. The mode in which the power supplied to the impeller is spent on maintaining these currents corresponds to the "pure" ventilation mode. In contrast to the existing methods for determining the ventilation power losses in the stages of large fanning, the paper proposes a dependence based on the geometric configuration of the stages of the low-pressure cylinder of the heating turbines and their operating conditions. Taking into account the processes in the stage and the data obtained on the experimental stand, formulas were determined account the components of power losses - the function of the influence of the flow exit angles from the guide apparatus of the stage; influence of fanning l/Dmid; influence of the relative width of the working blade B/Dmid and the angle of inclination of the peripheral meridional circuit γm. The obtained dependences, which allow determining the coefficients of power consumption for the stage in the ventilation mode and the operation mode before idling, make it possible to calculate power consumption in the entire range of changes in low-flow modes. On the example of the last stage of the T-250/300-240 turbine, a comparison of the results of calculation studies according to the proposed dependence with the results obtained in real conditions of full-scale experiments was performed, which showed that their difference does not exceed 5 %., Розглянуто задачу по визначенню витрат потужності під час роботи турбінного ступеня в маловитратному режимі. Для її вирішення використаний теоретично-експериментальний підхід, побудований на одновимірній теорії руху нестисливого робочого середовища та результатів експериментального дослідження ряду моделей ступенів великої віяловості, в якому робочим середовищем служить повітря. При експлуатації теплофікаційних турбін циліндри низького тиску до 85 % часу працюють в області маловитратних режимів як із частково, так і повністю закритою поворотною діафрагмою регулюючої ступені. При зниженні об'ємної витрати пари в проточній частині циліндру низького тиску на маловитратних режимах розвивається привтулковий відрив потоку і формується вихор у міжвінцевому зазорі ступені. Режим, при якому потужність, що підводиться до робочого колеса, витрачається на підтримку цих течій, відповідає «чисто» вентиляційному режиму. На відміну від існуючих методик для визначення вентиляційних витрат потужності у ступенях великої віяловості в роботі пропонується залежність, яка базується на геометричній конфігурації ступенів циліндру низького тиску теплофікаційних турбін та умовах їх експлуатації. Враховуючи процеси, що відбуваються в ступені, та дані, отримані на експериментальному стенді, визначено формули для врахування складових витрат потужності – функції впливу кутів виходу потоку з направляючого апарата ступені; впливу віяловості l/Dcp; впливу відносної ширини робочої лопатки B/Dcp та кута нахилу периферійного меридіонального обводу γм. Отримані залежності, що дозволяють визначити коефіцієнти витрат потужності для ступеня на вентиляційному режимі та режимі роботи до холостого ходу, дають змогу обчислити витрати потужності у всьому діапазоні зміни маловитратних режимів. На прикладі останнього ступеня турбіни Т-250/300-240 виконано зіставлення результатів розрахункових досліджень за запропонованою залежністю з результатами, що отримані в реальних умовах натурних експериментів, яке показало, що їх розходження не перевищує 5 %.

Розглянуто задачу по визначенню витрат потужності під час роботи турбінного ступеня в маловитратному режимі. Для її вирішення використаний теоретично-експериментальний підхід, побудований на одновимірній теорії руху нестисливого робочого середовища та результатів експериментального дослідження ряду моделей ступенів великої віяловості, в якому робочим середовищем служить повітря. При експлуатації теплофікаційних турбін циліндри низького тиску до 85 % часу працюють в області маловитратних режимів як із частково, так і повністю закритою поворотною діафрагмою регулюючої ступені. При зниженні об'ємної витрати пари в проточній частині циліндру низького тиску на маловитратних режимах розвивається привтулковий відрив потоку і формується вихор у міжвінцевому зазорі ступені. Режим, при якому потужність, що підводиться до робочого колеса, витрачається на підтримку цих течій, відповідає "чисто" вентиляційному режиму. На відміну від існуючих методик для визначення вентиляційних витрат потужності у ступенях великої віяловості в роботі пропонується залежність, яка базується на геометричній конфігурації ступенів циліндру низького тиску теплофікаційних турбін та умовах їх експлуатації. Враховуючи процеси, що відбуваються в ступені, та дані, отримані на експериментальному стенді, визначено формули для врахування складових витрат потужності – функції впливу кутів виходу потоку з направляючого апарата ступені; впливу віяловості l/Dcp; впливу відносної ширини робочої лопатки B/Dcp та кута нахилу периферійного меридіонального обводу γм. Отримані залежності, що дозволяють визначити коефіцієнти витрат потужності для ступеня на вентиляційному режимі та режимі роботи до холостого ходу, дають змогу обчислити витрати потужності у всьому діапазоні зміни маловитратних режимів. На прикладі останнього ступеня турбіни Т-250/300-240 виконано зіставлення результатів розрахункових досліджень за запропонованою залежністю з результатами, що отримані в реальних умовах натурних експериментів, яке показало, що їх розходження не перевищує 5 %. The task of determining the power consumption during the operation of the turbine stage in the low-cost mode is considered. To solve it, a theoretical experimental approach was used, based on the one-dimensional theory of the movement of a incompressible working medium and the results of an experimental study of a number of models of large fanning degrees, in which the working medium is air. When operating heating turbines, the low pressure cylinders work in the area of low-cost modes up to 85 % of the time, both with a partially and completely closed rotary diaphragm of the regulating stage. When the volumetric flow rate of steam in the flow part of the low-pressure cylinder at low-flow modes is reduced, a sleeve separation of the flow develops and a vortex is formed in the inter-crown gap of the stage. The mode in which the power supplied to the impeller is spent on maintaining these currents corresponds to the "pure" ventilation mode. In contrast to the existing methods for determining the ventilation power losses in the stages of large fanning, the paper proposes a dependence based on the geometric configuration of the stages of the low-pressure cylinder of the heating turbines and their operating conditions. Taking into account the processes in the stage and the data obtained on the experimental stand, formulas were determined account the components of power losses - the function of the influence of the flow exit angles from the guide apparatus of the stage; influence of fanning l/Dmid; influence of the relative width of the working blade B/Dmid and the angle of inclination of the peripheral meridional circuit γm. The obtained dependences, which allow determining the coefficients of power consumption for the stage in the ventilation mode and the operation mode before idling, make it possible to calculate power consumption in the entire range of changes in low-flow modes. On the example of the last stage of the T-250/300-240 turbine, a comparison of the results of calculation studies according to the proposed dependence with the results obtained in real conditions of full-scale experiments was performed, which showed that their difference does not exceed 5 %

Дисертаційна робота присвячена дослідженню впливу геометрії поверхні, значення числа Рейнольдса та неізотермічності в пристінній області на енергоефективність початкових ділянок труб з гофрованими вставками при перехідному режимі течії. Було досліджено виникнення та розвиток збурень в потоці в широкому діапазоні перехідних чисел Рейнольдса та їх вплив на теплообмінні процеси. Виявлено, що при певному співвідношенні безрозмірних довжин і амплітуд хвиль поверхні, віднесених до радіусу труби, гофровані вставки можуть бути як стабілізаторами течії на початковій ділянці труби, так і генераторами низькочастотних збурень при відповідному числі Рейнольдса, що призводить до раннього переходу до турбулентності та інтенсифікації тепловіддачі. Показано, що енергоефективність труб з гофрованими вставками «незагромаджуючого» типу можна визначати тільки через відношення чисел Нуссельта в трубі із гофрованою вставкою та в гладкій трубі, в зв’язку із тим, що додатковий опір труби із гофрованою вставкою «незагромаджуючого» типу не перевищує 7%, на відміну від гофрованих вставок «загромаджуючого» типу, де додатковий гідравлічний опір перевищує 15%. Визначено порогові значення довжини хвилі гофра і відповідної амплітуди, кута нахилу гофрування до вісі труби та довжини гофрованої ділянки для певного значення числа Рейнольдса, при якому досягається найбільша енергоефективність гофрованої вставки. The dissertation is devoted to the problem of controlling the vortex flow structure by structuring the heat transfer surface in order to intensify heat transfer at minimal hydraulic losses in the range of transitional Reynolds numbers in the inlet section of a tube. The influence of the Reynolds number, geometric parameters of the surface and temperature gradient in the near-wall region on thermal and hydraulic processes is considered. The occurrence and development of disturbances in the flow in a wide range of transitional Reynolds numbers is investigated. The range of Reynolds numbers has been determined, in which the introduction of corrugated inserts of the considered configuration improves the energy efficiency. The intensity of perturbations in a non-isothermal flow and isothermal flow at the same Reynolds number were compared. It is shown that the intensification of perturbations in a non-isothermal flow, compared with an isothermal flow at the same Reynolds number, is determined by the value of negative viscosity gradient of the medium relative the tube surface. The classical results of the influence of heat flux direction on values of heat transfer coefficients are numerically confirmed. There was obtained the analytical expression of the velocity profile dependent on the variable value of the medium dynamic viscosity, which has an inflection point inside the thermal boundary layer and satisfies the necessary condition for instability of the flow at decreasing dynamic viscosity of the medium. It is shown that for certain ratios of dimensionless lengths and amplitudes of surface waves related to the tube radius, the corrugated inserts can be both stabilizers of the flow in the tube inlet section, or generators of low-frequency perturbations at the corresponding Reynolds number, leading to an early transition to turbulence. So short-waved corrugated inserts interact weakly with the flow and have little effect on thermal processes in the wake behind them. Corrugated long-waved inserts at certain wavelengths and amplitudes, Reynolds numbers can impose a vortex structure on the flow, leading to a reduced rate of increase of amplitudes of the flow own disturbances. The number of waves in the corrugated insert required to establish a self-similar flow regime, depending on their length, was also determined. The pressure drop values in a tube with a straight corrugated insert are obtained, which exceed the values in a smooth pipe by no more than 4% for configuration k3

Представлено результати розрахунку потоку в'язкої нестисливої рідини в проточній частині натурної низьконапірної радіально-осьової гідротурбіни РО45, що була розроблена фірмою ВАТ «Харківтурбоінжиніринг» і впроваджується компанією Go Goal (Індія) для проекту модернізації ГЕС Дхаліпур (Індія). Модель проточної частини, що запропонована «Харківтурбоінжиніринг», була випробувана на гідродинамічному стенді. Її геометричні параметри незначно відрізняються від турбін ГЕС Дхаліпур. Була поставлена і вирішена задача шляхом повної заміни експериментальних досліджень на розрахункові визначити гідродинамічні параметри турбіни в широкому діапазоні експлуатаційних режимів, підтвердити її високі показники і їх відповідність тендерним вимогам. Моделювання течії в'язкої нестисливої рідини в проточній частині гідротурбіни РО45 виконано за допомогою програмного комплексу IPMFlow на основі чисельного інтегрування рівнянь Рейнольдса з додатковим членом, що містить штучну стисливість. Для врахування турбулентних ефектів застосовується диференціальна двопараметрична модель турбулентності SST Ментера. Чисельне інтегрування рівнянь проводиться за допомогою неявної квазімонотонної схеми Годунова другого порядку точності за простором і часом. Дискретизація досліджуваної розрахункової області виконана за допомогою структурованої (канали направляючого апарату і робочого колеса) і неструктурованою (спіральна камера з колонами статора і відсмоктувальна труба) сітки з шестигранними комірками. В результаті численних досліджень були отримані такі результати: визначено структуру потоку у всіх елементах проточної частини і визначено значення ККД турбіни для експлуатаційних режимів, що відповідають 60; 70; 80; 90; 100 % від номінальної потужності при розрахунковому і максимальному напорах на станції; визначено параметри оптимальних за ККД режимів для цих напорів. Аналіз результатів численних досліджень підтвердив високі енергетичні характеристики гідротурбіни і їх відповідність вимогам замовника. Підтверджено, що деяка відмінність геометричних параметрів підводу несуттєво вплинула на показники проточної частини. The results of the viscous incompressible fluid flow calculation in the flow part of the full-scale Francis hydraulic turbine RO45, developed by Kharkovturboengineering OJSC and implemented by Go Goal (India) for the Dhalipur HPP modernization project (India), are presented. The model of the flow part offered by Kharkovturboengineering was tested on a hydrodynamic test bench. Its geometrical parameters slightly differ from the turbines of the Dhalipur hydroelectric power plant. The task was stated and solved by completely replacing the experimental studies with the numerical ones to determine the hydrodynamic parameters of the turbine in a wide range of operating modes, to confirm the high performance of the turbine and their compliance with tender requirements. The viscous incompressible fluid flow in the flowing part of a RO45 Francis hydraulic turbine was simulated using the IPMFlow software package based on the numerical integration of the Reynolds equations with an additional term containing artificial compressibility. To consider turbulent effects, the Menter’s SST two-parameter differential turbulence model is used. The numerical integration of the equations is carried out using the implicit quasimonotonic Godunov scheme of the second order of accuracy in space and time. Discretization of the computational domain in question was performed using a structured (channel of the guiding apparatus and impeller) and unstructured (spiral chamber with stator columns and suction pipe) mesh with hex cells. As a result of numerical studies, the following results were obtained: the flow structure was determined in all elements of the flow part and the value of the turbine efficiency for operating modes corresponding to 60; 70; 80; 90; 100% of rated power at rated and maximum heads of the plant; the parameters of the optimal efficiency modes for these heads are determined. An analysis of the results of numerical studies confirmed the high energy characteristics of the turbine and their compliance with customer requirements. It was confirmed that some difference in the geometrical parameters of the admission did not significantly affect the parameters of the flow part.

В роботі представлені результати експериментальних досліджень розгінного руху рідини в циліндричній трубі зі стану спокою. Для визначення локальних характеристик нестаціонарного потоку використано термоанемометричну апаратуру. Встановлено, що за прискореного руху рідини зі стану спокою до виникнення турбулентності зберігається рівномірний розподіл швидкостей в перерізі труби і лише в тонкому пристінному шарі спостерігаються градієнти швидкостей. У момент переходу до турбулентного режиму з'являється переломна точка на графіку зміни величини середньої швидкості, а розподіл швидкостей та інтенсивність турбулентності зазнають значних змін в порівнянні зі стаціонарними турбулентними потоками. Турбулентність генерується в пристінній ділянці та поширюється до центру перерізу трубопроводу практично з постійною швидкістю. The paper presents the results of experimental studies of the accelerating motion of a liquid in a cylindrical tube from a state of rest. Thermal anemometric equipment is used to determine the local characteristics of a non-stationary flow. It is established that with accelerated fluid motion from the state of rest to the appearance of turbulence, a uniform distribution of the velocities in the cross section of the pipe remains and only gradients of velocities are observed in a thin wall layer. At the moment of transition to the turbulent regime, a turning point appears on the graph of the change in the mean velocity, and the velocity distribution and the intensity of turbulence undergo significant changes in comparison with stationary turbulent flows. Turbulence is generated in the near-wall region and extends to the center of the pipeline section at practically constant speed. В работе представлены результаты экспериментальных исследований разгонного движения жидкости в цилиндрической трубе из состояния покоя. Для определения локальных характеристик нестационарного потока использовано термоанемометрическую аппаратуру. Установлено, что при ускоренном движении жидкости из состояния покоя до возникновения турбулентности сохраняется равномерное распределение скоростей в сечении трубы и только в тонком пристеночном слое наблюдаются градиенты скоростей. В момент перехода к турбулентному режиму появляется переломная точка на графике изменения величины средней скорости, а распределение скоростей и интенсивность турбулентности претерпевают значительные изменения по сравнению со стационарными турбулентными потоками. Турбулентность генерируется в пристеночной области и распространяется к центру сечения трубопровода практически с постоянной скоростью.

Проведено аналіз наукових робіт про нестаціонарний рух рідини. Сформульовано загальний варіаційний принцип для розв’язку задач неусталеної осесиметричної течії стисливої рідини в трубах. В роботі використано варіаційний принцип для лінеарилізованих рівнянь Нав’є-Стокса в циліндричних координатах. Він відрізняється від відомих варіаційних принципів тим, що застосовується у випадку, коли граничні умови на торцях задані в напруженнях. Запропоновано залежності, що враховують внутрішній розподіл енергії потоку та вплив інерційного напору за неусталеної течії реальної рідини в циліндричному трубопроводі. The analysis of scientific works on the unsteady motion of the fluid. General variational principle for solving problems neutralino axisymmetric flow of compressible liquid in pipes. We used the variational principle for linearity Navier-Stokes equations in cylindrical coordinates. It differs from the known variational principles that apply in the case when the boundary conditions at the ends are set in the voltage. First, this variational principle is used to derive a simplified mathematical model. For this, using the perturbation method from the corresponding functionality, displays a simplified functional. It is obtained from the differential equation, initial and boundary conditions of this model. Using two functionals is possible to deduce the General laws of reciprocity for accurate and simplified model. The proposed dependence, taking into account the internal distribution of energy flow and the influence of the inertial pressure on neutralino the expiration of a real fluid in a cylindrical pipe. Проведен анализ научных работ о нестационарном движении жидкости. Сформулирован общий вариационный принцип для решения задач неустановившегося осесимметричного течения сжимаемой жидкости в трубах. В работе использован вариационный принцип для линеарилизованных уравнений Навье-Стокса в цилиндрических координатах. Он отличается от известных вариационных принципов тем, что применяется в случае, когда граничные условия на торцах заданы в напряжениях. Предложены зависимости, учитывающие внутреннее распределение энергии потока и влияние инерционного напора при неустановившемся течении реальной жидкости в цилиндрическом трубопроводе.

Проведено аналіз наявних літературних даних про неусталені рухи рідини. Показано, що розподіл швидкостей при неусталеному русі не відповідає розподілу швидкостей властивому усталеному руху. Нерівномірність розподілу швидкостей в живому перерізі не враховується при визначенні інерційного напору в методиках, що використовуються. На основі експериментальних і теоретичних досліджень запропонована вдосконалена методика для визначення втрат напору при нестаціонарному русі нестисливої рідини в трубопроводах., Выполнен анализ имеющихся литературных данных о неустановившемся движении жидкости. Показано, что распределение скоростей при неустановившемся движении не соответствует распределению скоростей присущему установившемся движению. Неравномерность распределения скоростей по живому сечению не учитывается при определении инерционного напора в используемых методиках расчета. На основании экспериментальных и теоретических исследований предложена усовершенствованная методика для определения потери напора при нестационарном движении несжимаемой жидкости в трубопроводах., The analysis of available literature data on unsteady motion of fluid was made. It was shown that the velocity distribution at unsteady motion does not correspond to the velocity distribution peculiar to steady motion. According to the literature data, the change of velocity distribution in pressure pipelines during unsteady motion is little studied experimentally. The irregularity of velocity distribution on the effective cross-section is not taken into account during the determination of inertial pressure in the used calculation methods. When analyzing the experimental data it was revealed that at the present level of practical hydrodynamics necessary information about the flow structure can be obtained by the flow visualization with simultaneous measurement of velocity fields and turbulence characteristics. Based on the experimental and theoretical studies an improved method was suggested for determining the pressure loss at unsteady motion of incompressible fluid in pipelines.

Based on the analysis of scientific researches on the unsteady motion of fluid in pipes it was found that the most accurate study of the flow structure can be obtained by the flow visualization with the measurement of velocity fields and turbulence characteristics.The use of the laser Doppler velocity meter for studying the structure of unsteady fluid flow was substantiated. For measuring the fluid flow velocity, the laser Doppler velocity meter was used, allowing to measure the flow rates of fluids and gases in local resistances of circular pipelines, as well as in circular pipes with a curved longitudinal axis.The method of studying the flows using high-speed filming and photographing was developed. The operating experimental facility was made that provides film and photographic recording of the structure of actual non-stationary flows of fluids in circular pipelines. Visualization of the flows on local resistances and pipelines was held., На основании проведенного анализа научных работ о неустановившимся движении жидкости в трубах установлено, что наиболее точное изучение струк­туры потока можно получить путем визуализации потока в сочетании с измерением полей скоростей и характеристик турбулентности.Обосновано использование лазерного доплеровского измерителя скорости для исследования структуры нестационарного потока жидкости. Разработана методика исследований потоков при помощи скоростной киносйомки и фотосйомки., На основі проведеного аналізу наукових робіт про неусталений рух рідини в трубах встановлено, що найточніше вивчення структури потоку можна отримати шляхом візуалізації потоку в поєднанні з вимірюванням полів швидкостей і характеристик турбулентності.Обґрунтовано використання лазерного допплерівського вимірювача швидкості для дослідження структури нестаціонарного потоку рідини. Розроблена методика досліджень потоків за допомогою швидкісної кінозйомки і фотозйомки.

To increase the effectiveness of control prompted the use of maps of financial flows. For this purpose the algorithm maps the formation of streams, which provides graphical model maps, maps in the form of tables, flow distribution in quadrants and calculation of performance indicators flows. Presented information model maps the problem of forming flows. Proved the consistency of financial and material flows, allowing flows to build a map based on business transactions and correspondence included in this accounting. Для підвищення ефективності контролю запропоновано використання карти фінансових потоків. З цією метою розроблено алгоритм формування карти потоків, який передбачає побудову графічної моделі карти, карти у вигляді таблиці, розподілу потоків на квадранти та розрахунок показників ефективності потоків. Представлено інформаційну модель задачі формування карти потоків. Обґрунтовано узгодженість фінансових та матеріальних потоків, що дозволяє побудувати карту потоків на основі господарських операцій та їх кореспонденцій, відображених в бухгалтерському обліку.