CFD analýza nestabilit vznikajících v přechodových režimech čerpadlové turbíny

Čerpadlové turbíny musí pružně reagovat na potřeby energetické sítě, a proto jsou nuceny často rychle přecházet mezi turbínovým a čerpadlovým režimem.

Poptat řešení

Zadání projektu

Čerpadlové turbíny musí pružně reagovat na potřeby energetické sítě, a proto jsou nuceny často rychle přecházet mezi turbínovým a čerpadlovým režimem. V důsledku toho se stává, že jsou provozovány mimo optimální pracovní oblast, kde může dojít k výskytu hydraulických nestabilit. Jedním z hlavních zdrojů takových nestabilit je tzv. rotující odtržení, které se projevuje přítomností vírových struktur v lopatkové mříži. Periodické chování vírových struktur zpravidla vede ke vzniku výrazných tlakových pulsací a následným vibracím celé čerpadlové turbíny. Tato CFD analýza má za cíl odhalit případnou přítomnost hydraulických nestabilit.

Společnost: ČKD Blansko Engineering, a.s., Oddělení výzkumu a vývoje

Autor reference: Ing. Martin Míčka

Řešení

Nejprve byl vytvořen 3D CFD model čerpadlové turbíny, která byla již dříve odměřena v naší hydraulické laboratoři. Na základě těchto experimentálních měření byly výsledky CFD simulace validovány a její nastavení bylo dále použito pro CFD analýzu nově vyvinutého typu čerpadlové turbíny. Pro zachycení hydraulických nestabilit byl proveden nestacionární výpočet s pokročilým turbulentním modelem BSL-EARSM. Vzhledem k vyšším výpočetním nárokům spojeným s tímto turbulentním modelem byl pro samotný výpočet využit cluster společnosti TechSoft Engineering, spol. s r.o..

2D proudnice v mezilopatkovém prostoru

Přínosy tohoto typu analýzy

Takto koncipovaná CFD simulace dokáže odhalit rotující odtržení vyskytující se mimo obvyklou pracovní oblast čerpadlové turbíny, tj. zejména v přechodových režimech, jako jsou start a odstavení stroje. Z výsledků CFD simulace je také možno zjistit případné výraznější tlakové pulzace, které by mohly v krajním případě vést až k poškození stroje. V těchto případech je třeba již ve fázi hydraulického návrhu vhodnou modifikací geometrie tyto nežádoucí jevy potlačit. Programy ANSYS poskytují možnost rychlé úpravy nově vyvíjené čerpadlové turbíny a následné posouzení vhodnosti úprav, což umožňuje zkrátit čas a snížit náklady, které by jinak musely být vynaloženy při prověřování úprav pouze na fyzickém modelu v hydraulické laboratoři.