Parametrický geometrický model Kaplanovy turbíny

Vstupem do isogeometrického řešiče jsou B-spline/NURBS prvky, proto je nutné pomocí těchto objektů popsat jednotlivé typy turbín, u kterých nás zajímá analýza proudění. Nejprve uvedeme geometrický popis přímoproudé Kaplanovy turbíny, jež bude závislý na několika proměnných parametrech, stručně zde zmíníme popis lopatkového kanálu, savky a popis lopatky Kaplanovy turníny.

Lopatkový kanál, tzn. segment obsahující rozváděcí lopatky a oběžné kolo, byl rozdělen na dvě části – vnitřní a vnější část. Oba kusy byly modelovány jako rotační plochy, jejíchž tvořící křivka je složena z úseček a kružnicových oblouků a jsou popsány několika parametry.

Na rozdíl od lopatkového kanálu, jež je určen jako rotační NURBS plocha, je savka Kaplanovy turbíny vytvořena pomocí přechodových ploch mezi specifickými řezy savky. Po průchodu oběžným kolem se voda dostává do savky, na jejímž začátku je savka složena z částí kuželů. Prvním typem řezů jsou tedy kružnice s různým poloměrem. Na konci savky jsou poté řezy složeny z obdélníků se zaoblenými rohy. Jelikož sací trouba musí být jednoduše vyrobitelná, je nutné, aby přechod mezi kružnicí a zaobleným obdélníkem nebo mezi dvěma zaoblenými obdélníky byl rozvinutelnou plochou.

Vytváření geometrického popisu lopatek Kaplanovy turbíny začíná tvorbou 2D profilu lopatky, jež se skládá z několika kroků. Začínáme popisem střednice, na kterou je následně „nabalena“ funkce popisující průběh tloušťky lopatky. Tento princip konstrukce 2D profilu lopatky je motivován NACA profily. Jak u popisu střednice, tak u popisu funkce tloušťky je navrženo více možností pro získání dané křivky (např. volba různých stupňů výsledné křivky), aby v budoucnu bylo možné získat optimální tvar lopatky v závislosti na proudění danou turbínou. Na základě výsledků z proudění pak budou optimalizovány i parametry, na kterých jsou závislé předpisy křivek i výsledné plochy lopatky. Z 2D profilu je pak vytvořena příslušná lopatková mříž, která je poté nabalena na válcovou plochu (v případě lopatek pro oběžné kolo) nebo kuželovou plochu (v případě rozváděcích lopatek). Z několika různých lopatkových mříží je vytvořena výsledná plocha lopatky, resp. lopatek.

Na následujícím obrázku je ukázána Kaplanova turbína s částí savky navazující na vnější plášť (šedá), vnitřní plášť (modře), rozváděcí lopatky (žlutě) a oběžné lopatky (růžová).

turbina

 

 

 

Označeno v Novinky