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

Abstract

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 0,5Qопт, 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.

Розглянуто причини неточності оцінки величини осьового зусилля, яке діє на робоче колесо лопатевого насоса. Запропонована методика більш точної оцінки величини осьового зусилля із урахуванням нестаціонарності течії рідини в проточній частині лопатевого насоса. Розглянуто приклади оцінки величини осьового зусилля із використанням чисельного моделювання течії в проточній частині насоса включно із допоміжними трактами.

The present paper gives an overview of joint researches done by specialists of VNIIAEN JSC and masters of Applied Fluid Mechanics Chair of Sumy State University with regard to estimation of magnitudes of steady and unsteady components of the axial thrust for pumps of various construction types. The flow through hydraulic passages was modeled by employing a numerical solution to a system of Reynolds equations and the continuity equation. The standard k-ε turbulence model was used to close the system of equations. The modeling was performed both under steady and unsteady conditions for a viscous incompressible medium. As a result of the investigation, magnitudes of steady and unsteady components of the axial thrust were estimated for a double-entry impeller under the following duties: optimum flow rate and 0.5Qopt, as well as for a mixed-flow impeller with balance holes on its rear shroud. The paper provides results of comparison of axial thrust magnitudes which were obtained numerically and analytically.