Оценка величины статической и динамической осевой силы, действующей на рабочее колесо с применением метода математического моделирования потока в проточной части гидромашины

Аннотация

Повышение требований надежности работы насосов ставит задачу более точной оценки на стадии проектирования машины ее интегральных характеристик, включая и оценку гидродинамических сил. Существующие аналитические методики для оценки величины осевой силы, действующей на рабочее колесо насоса, основаны на допущениях, которые не позволяют учесть реальную структуру течения в боковых пазухах и геометрию пазух, распределение статического давления на выходе из рабочего колеса, нестационарные процессы, которые имеют место при работе насоса как на режимах, близких к оптимальному, так и на нерасчетных режимах. В настоящее время все большее значение приобретает метод численного моделирования течения в проточной части гидромашины при изучении особенностей структуры течения для различных режимов ее работы, а также для оценки любых интегральных характеристик, в том числе и осевой силы. В данной работе выполнен обзор совместных исследований, проведенными специалистами ОАО «ВНИИАЭН» и магистрами кафедры прикладной гидроаэромеханики Сумского государственного университета по оценке величины стационарной и нестационарной составляющих осевой силы для насосов различного конструктивного исполнения. Моделирование течения в проточной части выполнялось путем численного решения системы уравнений Рейнольдса и уравнения неразрывности. Для замыкания системы уравнений использовалась стандартная k–ε-модель турбулентности. Моделирование выполнялось в стационарной и нестационарной постановках для вязкой несжимаемой среды. В результате исследований выполнена оценка величины стационарной и нестационарной составляющих осевой силы для рабочего колеса двустороннего входа для режимов: оптимального и 0,5Q_опт, а также для рабочего колеса диагональной ступени с разгрузочными отверстиями на основном диске. Приведены результаты сравнения величин осевой силы, полученных численно и с использованием аналитических методик.