Классическим решением для ГАЭС является использование обратимых гидромашин, работающих как в насосном, так и в турбинном режиме. При этом, например, спроектированная на насосный режим лопастная система гидроагрегата имеет высокий КПД. Однако в турбинном режиме такой агрегат обладает энергетическими характеристиками, далёкими от оптимальных. Рассматривая различные варианты микро- и миниГАЭС (до 100 кВт), имеющих модульную конструкцию, наиболее целесообразным является использование насоса и турбины раздельно, так как при таких малых мощностях КПД гидроагрегата имеет большое значение. На сегодняшний день подходы к проектированию гидротурбин достаточно развиты и позволяют достигнуть высоких энергетических показателей [1, 2]. Согласно данным различных источников уровень КПД для осевой турбины мощностью менее 100 кВт составляет 80÷91%. В то же время для центробежных насосов, особенно малой быстроходности, проблема повышения энергоэффективности весьма актуальна. Так, для насосов с коэффициентом быстроходности ns <80 уровень КПД обычно составляет от 40 до 65%. Целью исследования являлось развитие методов синтеза и оптимизации проточной части центробежных насосов с использованием подходов теории оптимального управления и повышения энергетических показателей гидроагрегатов. Рассмотрены различные варианты локальной коррекции геометрии проточной части. В качестве альтернативы эмпирическим подходам детально рассмотрены способы, базирующиеся на управлении законом распределения циркуляции. Проанализированы различные математические зависимости циркуляции потока от координаты точки, лежащей на поверхности лопасти. Рассмотрены возможности применения теории планирования эксперимента применительно к решаемым задачам.
The conventional solution for HAPPs is the use of reversible hydraulic machines operating both in the pump mode as well as in the turbine mode. At the same time, for example, a blade system of a hydraulic machine designed for the pumping mode has a high efficiency. However, in the turbine mode, the energy characteristics of such machine are far from optimal. Considering different patterns of micro- and mini-HAPPs (up to 100 kW) of modular design, it is most appropriate to use a pump and a turbine separately, since the efficiency of hydraulic machines is very important in the case of such low power. To date, approaches to the design of hydraulic turbines are quite developed and allow to achieve high energy performance [1, 2]. According to different data sources the level of axial turbine efficiency with power less than 100 kW is about 80÷91%. At the same time, for centrifugal pumps, especially those of low specific speed, the problem of increasing energy efficiency is very urgent. E.g., for pumps with a specific speed ns< 80 the efficiency level is usually 40 to 65%. The aim of the presented research is the development of methods of synthesis and optimization of the flow passages of centrifugal pumps using the approaches of the theory of optimal control and increasing energy performance of hydraulic machines. Various ways of local correction of geometry of flow passages are presented in the paper. As an alternative to empirical approaches, methods based on the control of the circulation distribution are considered in detail. Various mathematical dependences of the flow circulation on the coordinate of the point lying on the surface of the blade are analyzed. Possibilities of application of the theory of experiment planning in relation to the problems to be solved are considered.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.