При аварийном отключении генератора от нагрузки и отказе системы регулирования частота вращения ротора будет быстро возрастать и через некоторое время может достичь максимального значения, называемого разгонной частотой вращения. Знание данной величины необходимо для расчёта прочности деталей рабочего колеса и других вращающихся частей, связанных с валом, расчёта прочности ротора генератора, расчёта критической скорости вращения вала агрегата. В настоящее время разгонная характеристика (зависимость разгонной частоты от режима работы турбины) строится на этапе проведения модельных испытаний. Прогнозирование разгонной частоты вращения на этапе проектирования позволит проводить отбор рабочего колеса с учётом данной характеристики и гарантировать выполнение тендерных требований. В данной работе представлено численное прогнозирование разгонной частоты вращения для ПЛ гидротурбины. Рассмотрено два подхода к численному моделированию. При первом подходе течение в гидротурбине моделировалось в 3-х мерной стационарной постановке с использованием k-ε модели турбулентности. При втором подходе было добавлено моделирование кавитационных явлений с применением двухфазной модели кавитации Zwart-Gerber-Belamri (ZGB). Расчёты проводились в программном комплексе CADRUN. При постановке граничных условий напор гидротурбины фиксировался как разность энергий во входном и выходном сечениях, а расход, проходящий через турбину, определялся в процессе расчёта. Представлено сравнение результатов расчёта с экспериментальными данными. Показано, что численное прогнозирование разгонной частоты вращения с использованием модели кавитации даёт лучшее совпадение с экспериментом.

In case of disconnection of generator from the network and failure of the governor, the rotational speed of the rotor rapidly increases and achieves maximum value, called the runaway speed. Knowledge of this value is required for stress analysis of the components of the runner, other rotating parts connected with the shaft and stress analysis of the generator rotor. At the present moment the runaway characteristics, i.e. runaway speed vs. turbine operating condition is obtained at the stage of model tests. Prediction of the runaway speed at the stage of runner design would allow to select a runner considering this characteristic and to guarantee fulfilment of the contract requirements. Given in this paper is the numerical computation of the runaway speed for a Kaplan turbine. Two approaches for numerical simulation were compared. In the first one, the flow in the turbine was simulated using 3D RANS equations of incompressible fluid. In the second approach, cavitation phenomena were taken into account using two-phase Zwart-Gerber-Belamri cavitation model. The computed runaway speed is compared to that obtained in the model tests. It is shown that the numerical prediction of the runaway speed using the cavitation model achieves better matching with the experimental data.

"Гидравлические машины, гидроприводы и гидропневмоавтоматика. Современное состояние и перспективы развития", международная научно-техническая конференция (2020; Санкт-Петербург). Гидравлические машины, гидроприводы и гидропневмоавтоматика. Современное состояние и перспективы развития: сборник научных трудов международной научно-технической конференции, 2–3 июля 2020 года / Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого, [Институт передовых производственных технологий]; [оргкомитет конференции: А. А. Жарковский (председатель) [и др.]. — Санкт-Петербург: ПОЛИТЕХ-ПРЕСС, 2020 (Санкт-Петербург, 2021). — 1 файл (178 Мб). — Загл. с титул. экрана. — Ч. текста парал. на рус. и англ. яз. — Электронная копия печатной публикации 2020 г. — Доступ по паролю из сети Интернет (чтение, печать). — <URL:http://elib.spbstu.ru/dl/2/i21-55.pdf>. — DOI 10.18720/SPBPU/2/i21-55. — Текст: электронный