РАЗРАБОТКА И ОБОСНОВАНИЕ УНИВЕРСАЛЬНОЙ КОНСТРУКЦИИ ДЛЯ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ ИСПЫТАНИЙ В ПРОТОЧНЫХ ТРАКТАХ ГИДРОЭЛЕКТРОСТАНЦИЙ Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

НАУЧНАЯ СТАТЬЯ / RESEARCH PAPER УДК 627 : 628

DOI: 10.22227/1997-0935.2022.7.933-943

Разработка и обоснование универсальной конструкции для энергетических испытаний в проточных трактах

гидроэлектростанций

Антон Сергеевич Антонов1'2, Никита Павлович Караблин1, Владимир Александрович Минаков1, Алексей Валерьевич Карпинский1

1 Филиал АО «Проектно-изыскательский и научно-исследовательский институт «Гидропроект» им. С.Я. Жука» — «Научно-исследовательский институт энергетических сооружений» (Филиал АО «Институт Гидропроект» — «НИИЭС»); г. Москва, Россия; 2 Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет

(НИУ МГСУ); г. Москва, Россия

АННОТАЦИЯ

Введение. Представлен один из способов получения фактических энергетических характеристик гидроагрегатов с применением металлической рамной конструкции с откидным поворотным рядом, рассмотрены достоинства данного способа, выполнены прочностные и гидравлические расчеты. Расчетные исследования напряженно-деформируемого состояния с учетом фактического гидродинамического давления позволили выбрать оптимальное расположение измерительного створа, спроектировать конструкцию рамы, а затем добиться высокой точности измерений энергетических характеристик. Материалы и методы. Для выбора универсальной рамной конструкции, при проведении энергетических исследований, проанализированы ведущие мировые публикации по данной тематике, а также архивные материалы. Опре- ^ е делены наиболее перспективные направления, учтены достоинства и недостатки предлагаемых решений. Выполне- ¡я 0 ны комплексные расчетные исследования в универсальном промышленном программном комплексе ANSYS Mechanical з н и ANSYS CFX специализированном модуле для моделирования течения жидкостей и газов с учетом турбулентности. К Результат. При гидравлическом моделировании определены створ с наименьшим искажением потока, углы наклона G ^ вертушек на величину, достаточную для минимизации и учета натеканий. Нагрузки от потока учтены при расчетах ^ т напряженно-деформируемого состояния универсальной рамной конструкции, подобраны оптимальные конструктив- С Q ные решения для обеспечения прочности и надежности металлических элементов. Выявлены зоны концентрации • . напряжений для контроля при монтаже и проведении исследований. ° S

Выводы. На основании данных математического моделирования и экспериментальных натурных исследований S N обоснована универсальная рамная конструкция для проведения энергетических испытаний. Расчетное определение с 1 створа, проектирование универсальной конструкции позволили добиться погрешности измерений КПД ±0,67 %, что О 9

соответствует ведущим мировым стандартам. > -

§ ^

КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: энергетические испытания, напряженно-деформированное состояние конструкций, ги- 0 сл дравлический режим, ANSYS, ANSYS CFX, расчетные исследования, метод конечных элементов

ДЛЯ ЦИТИРОВАНИЯ: Антонов А.С., Караблин Н.П., Минаков В.А., Карпинский А.В. Разработка и обоснование универсальной конструкции для энергетических испытаний в проточных трактах гидроэлектростанций // Вестник МГСУ. u ^

2022. Т. 17. Вып. 7. С. 933-943. DOI: 10.22227/1997-0935.2022.7.933-943 i N

§ 2

§ 0

A го > 6

an

Автор, ответственный за переписку: Антон Сергеевич Антонов, Antonov.An.S@yandex.ru.

Development and justification of universal designs for energy tests in flow paths of hydroelectric power plants

1 Branch of JSC "Design and survey and research Institute "Hydroproject" them. S.Y. Zhuka" — "Research Institute of Energy Structures" (Branch of JSC "Institute Hydroproject" — "NIIES");

Moscow, Russian Federation;

О о

ф )

Г

Anton S. Antonov1'2, Nikita P. Karablin1, Vladimir A. Minakov1, Alexey V. Karpinsky1 § s

3 I

<D

■4

. DO I T

2 s 3

2 Moscow State University of Civil Engineering (National Research University) (MGSU); u C

Moscow, Russian Federation ® *

M 2

ABSTRACT 0 0

10 10

Introduction. The authors present one of methods for measuring water flows through the intake of a hydroelectric power plant. The new structure has a metal frame and a folding rotary row. The authors analyzed the advantages of the proposed,

© А.С. Антонов, Н.П. Караблин, В.А. Минаков, А.В. Карпинский, 2022 Распространяется на основании Creative Commons Attribution Non-Commercial (CC BY-NC)

and mase strength and hydraulic analyses. Computational studies of the stress-strain state, made with account taken of the actual hydrodynamic pressure, allow choosing the optimal position of measurement points, designing a frame structure, and making highly accurate measurements of energy characteristics.

Materials and methods. Top international publications, as well as archived materials, were analyzed to select the universal frame structure. The most promising directions were identified; the advantages and disadvantages of the proposed solutions were taken into account. Complex computational studies were performed using ANSYS Mechanical, a universal industrial software package, and ANSYS CFX, a specialized module for modeling flows of liquids and gases with account taken of turbulence.

Results. The position of measurement points that ensure the least distortion of the flow and tilt angles of hydraulic turntables were determined during the hydraulic simulation. The flow loads were taken into account when the stress-strain state of the universal frame structure was calculated; optimal design solutions were selected to ensure the strength and reliability of metal elements. Stress concentration zones were identified for monitoring purposes during installation. Conclusions. Given the mathematical modeling data and experimental field studies, a universal frame structure for energy tests was substantiated. The new design ensures a measurement error of ±0.67 %, which corresponds to the leading world standards.

KEYWORDS: energy testing, stress-strain state of structures, hydraulic mode, ANSYS, ANSYS CFX, computational studies, finite element method

FOR CITATION: Antonov A.S., Karablin N.P., Minakov V.A., Karpinsky A.V. Development and justification of universal designs for energy tests in flow paths of hydroelectric power plants. Vestnik MGSU [Monthly Journal on Construction and Architecture]. 2022; 17(7):933-943. DOI: 10.22227/1997-0935.2022.7.933-943 (rus.).

Corresponding author: Anton S. Antonov, Antonov.An.S@yandex.ru.

ВВЕДЕНИЕ

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

сч N

N N

О О

N N

К ш U 3

> (Л

с и to I»

1 ф ф

о ё

о

о о

со <

со S:

8 «

™ §

ОТ "

от Е

Е о CL О

^ с

ю о

S «

о Е

СП ^ т- ^

от от

■S г

il

О (0

В настоящее время в Российской Федерации работают свыше 200 гидроэлектростанций, многие из которых эксплуатируются более 40 лет, за этот период ряд единиц оборудования морально и технически устарел, что требует модернизации или технического перевооружения на более современное. Развитие технологий позволяет при замене оборудования повысить мощность гидроагрегатов, что в свою очередь ведет к изменению нагрузок, расходов и гидравлических режимов работы.

Изменение проектных значений нагрузок требует проведения исследований по проверке значений КПД, уточнения мощности гидротурбины, получения реальных энергетических характеристик, но в первую очередь это определение эффекта от повышения КПД и фактического прироста мощности после замены или модернизации оборудования.

Наиболее точным является определение действительных энергетических характеристик абсолютным методом с непосредственным измерением расхода воды через створ, перпендикулярный оси водовода, ведущего к гидроагрегату. Однако данный метод технически сложен и требует научного и технически обоснованного подхода к подбору металлической рамной конструкции, на которой впоследствии устанавливаются гидрометрические вертушки и створ, в котором она расположена. Исходя из опыта исследований и мировой практики данные испытания обладают высокой точностью и репрезентативностью, позволяющей определить необходимые величины и настроить оптимальную работу гидроагрегата. Отдельным вопросом при проведении энергетических испытаний является проектирование конструкции, обеспечивающей как прочность, так и минимальные воздействия на поток.

Для разработки универсальной рамной конструкции для установки гидрометрических вертушек изучен российский и мировой опыт проведения энергетических испытаний абсолютным методом, рассмотрены варианты применяемых конструкций, их особенности, достоинства и недостатки, а также проанализированы работы специализированных организаций [1, 2]. На основании анализа выполненных исследований и конструктивных особенностей металлических конструкций сделан вывод о необходимости выноса измерительного створа за пределы зоны с существенным изменением характеристик измеряемого потока. При этом положение данного створа для каждого конкретного гидротехнического сооружения невозможно определить без данных натурных исследований или специализированных расчетов.

Для получения обоснованного расположения измерительного створа рассмотрены различные программные комплексы, позволяющие моделировать течения жидкостей и газов с учетом турбулентности. Наиболее перспективным комплексом математического моделирования для расчета потока жидкости в гидротехнических сооружениях является ANSYS CFX [3-13]. Решения, полученные в нем, наиболее близко соотносятся с данными натурных исследований, кроме того, он позволяет передавать данные для совместных междисциплинарных расчетов гидротехнических сооружений. Другой модуль ANSYS Mechanical позволяет выполнять прочностные расчеты металлоконструкций с учетом различных нагрузок при учете геометрической и физической нелинейности [14-20].

Применение расчетных комплексов для решения междисциплинарных задач является наиболее перспективным, так как позволяет выбрать оптимальный

створ расположения универсальной рамной конструкции, необходимое количество гидрометрических вертушек и их пространственную ориентацию в потоке для получения наиболее репрезентативного результата.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Для выбора измерительного створа необходимо учитывать особенности конструкции, где проводятся исследования. В связи с тем что каждый гидротехнический объект уникален, то наиболее сложными являются сооружения, в которых при классическом расположении створа в пазах затворов не удается добиться стабильности течения потока, или наблюдается недостаточная точность измерений. На рис. 1 приведена условная схема водоприемника, в которой присутствуют основные и промежуточные бычки, вертикальная забральная стенка, пазы сороудержи-вающей решетки (СУР), пазы рабочих и ремонтных затворов. Данные ограничения имеют характерное влияние на измерения как совокупно, так и каждый в отдельности.

Обтекание вертикальной забральной стенки и бычков формирует угловые натекания потока, учет которых требует установки измерительных вертушек

под различными углами. Наличие нескольких секций водоприемника увеличивает время проведения испытаний из-за необходимости измерения расхода последовательно в каждой секции. При этом не обеспечивается идентичность гидрологических условий за весь период испытаний. При установке створа в грейферных пазах, расположенных перед СУР, велика вероятность повреждения топляками гидрометрических вертушек. Проведение измерений в створе ремонтных затворов невозможно из-за малого расстояния до сороудерживающей решетки. В качестве примера отрицательного опыта измерения скоростей вблизи СУР можно привести проведенные в 2013 г. испытания на Новосибирской ГЭС [1], когда несущие ригели СУР вызвали местные уменьшения скорости потока. В связи с этим структура потока не отвечала требованиям определения расхода с приемлемой точностью и не позволила проверить гарантии завода изготовителя (рис. 2, а).

Определение реальных энергетических характеристик при таких исходных условиях возможно только при расположении измерительного створа на достаточном удалении от существующих пазов гидромеханического оборудования.

s

s

¡

з

3 О S

с

Рис. 1. Условная схема водоприемника: a — продольный разрез, b — вид в плане (1 — грейферный паз; 2 — паз аварийно-ремонтного затвора; 3 — предлагаемый измерительный створ; 4 — створ сороудерживающей решетки) Fig. 1. A provisional water intake unit: a is a longitudinal section; b is a plan view (1 is a clamshell-type groove; 2 is a groove of the emergency repair gate; 3 is the proposed measuring gate; 4 is the gate of the debris screen)

0

§ со

l с

У 1

J to

u -

^ I § °

с 3 0с

з ( §

с

u s

iN § 2

0) 0 > 6

с )

v

® 7

л "

. DO

■ т

s 3 s У с о <D Ж , ,

О О 2 2 2 2

S И,

N N N N О О N N

К ш U 3

> (Л

с и to I»

1 - $

ф Ф

о £

о

о о со < со S:

8 « §

от [J от IE

Е о

CL ° ^ с

ю о

S «

о Е

СП ^ т- ^

от от

£ w

г

О (О

К °

Е ч о

о 1

t-j л

и р

о о

и v

О. I

S с

2 S

о с Я ■■■ л о ч л

S о О.

g о S о

s «

s

S —

g S

и

s £ й S

N

11 ti

13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1

—|---- ■ - ■ ■+ ■ \ — —

К

— • — —1 X

о 4

— гат

TF

X MJi

\

1 ft

\ \

\ д

SSEJ

Условные обозначения / Legend Вертикали измерительного створа:

Verticals of the measurement cross-sect ion:

li б',

2; 7;

3; 8;

4 у

5;

-----Горизонтальные ригели

сороудерживающей решетки

Horizontal bars of the trash rack

0,5

1

Скорость, м/с

Velocity, m/s

1,5

Рис. 2. Распределение скоростей по высоте измерительного сечения при измерении за СУР (a); монтаж классической рамы в водоводе (b)

Fig. 2. The distribution of velocities along the height of the measuring cross-section when measurement is taken behind the trash rack (a); installation of a classic frame in a water pipe (b)

Классическим решением является монтаж крупногабаритной стационарной рамной конструкции, перекрывающей все измерительное сечение (для водоприемников, разделенных промежуточными бычками, количество таких рам будет соответствовать количеству водопроводящих секций), что ведет к увеличению трудоемкости, стоимости и сроков проведения работ. Большое количество точек измерения для учета ожидаемой неравномерности может повлечь за собой сильное стеснение потока. Также для установки крупногабаритной рамы необходимо осушение проточной части и дополнительные работы по выводу кабельной проводки к регистрирующей аппаратуре. Пример массивной (классической) рамной конструкции представлен на рис. 2, Ь. Наиболее оптимальным решением является размещение измерительного створа на необходимом удалении при помощи поворотной конструкции, при этом основа конструкции размещается в существующих пазах.

За основу идеи универсальной рамной конструкции приняты результаты работ, выполняемых на Сходненской ГЭС в 1938 г. и на ГЭС «Wettingen»

(Швейцария) в 1933 г., в которых проводились исследования при изменении положения вертушек вокруг одной из осей рамной конструкции. Такой способ позволяет завести винты гидрометрических вертушек под потолок с нужными углами наклона. Данный способ применим в частном случае и позволяет обеспечить замкнутый измерительный контур, но не исключает остальные недостатки измерения расхода в водоприемнике. Разработанная конструкция с поворотным откидным рядом является универсальной при наличии пазов перед водоприемной частью.

В предлагаемой схеме измерений рама при помощи штатного кранового оборудования опускается в пазы, поворотный вертушечный ряд при этом установлен в вертикальном положении, при прохождении забральной балки ряд переводится в рабочее горизонтальное положение для создания створа на расчетном удалении. Основными достоинствами предлагаемой схемы являются:

• выравнивание выходящего потока в измерительном створе;

b

а

• возможность учета угловых натеканий потока;

• отсутствие необходимости осушения водовода;

• экономичная конструкция по сравнению с классическими вариантами;

• снижение трудоемкости и времени проведения испытаний.

Общей вид универсальной рамной конструкции для проведения энергетических испытаний гидроагрегатов представлен на рис. 3. Она предусматривает: 1 — тележки, размещаемые пределах пазов; 2 — катковые опоры, уменьшающие трение, позволяющие перемещать раму в пазах затворов, при этом перемещение по высоте измерительного створа производится при существующих параметрах открытия регулирующих органов, что позволяет повысить точность измерения и сократить продолжительность испытаний; 3 — боковые упоры, необходимые для предотвращения перекоса; 4 — продольные несущие балки, на одну из которых (4.1) опирается поворотный ряд, находясь в рабочем положении. Поворотный ряд состоит из: 5 — поворотной несущей штанги, вращающейся на двух подшипниках качения — 6; 7 — противовеса; 8 — штанги для крепления гидрометрических вертушек, образующих два ряда, один из которых отклонен от вертикали на угол, позволяющий учесть сохраняющиеся угловые натека-ния в верхней части измерительного сечения.

Расположение центров масс элементов позволяет поворотному ряду занимать горизонтальное положение под действием силы тяжести, а в верти-

кальное положение ряд возвращается ручными лебедками. Для контроля положения во время поворота рама оборудуется концевыми выключателями в нескольких точках.

Для проведения энергетических испытаний необходимо определить створ с наименьшими искажениями потока, для чего выполнялось математическое моделирование водоприемника, напорных водоводов и спиральной камеры. Исходя из результатов многовариантного моделирования определялось необходимое удаление створа, а также гидравлические нагрузки на элементы рамной конструкции при дальнейшем прочностном расчете.

В результате моделирования получены направления и скорости потока в водоприемнике, а также распределения величин для итогового варианта расчетов, которые представлены на рис. 4, а. Распределение скоростей неравномерно, вследствие несимметричности водоприемной части расход в правой секции больше, чем в левой, при этом максимальные скорости потока в створе расположения рамной конструкции оставляют порядка 2,5-2,8 м/с. При установке рамной конструкции наблюдаются локальные зоны увеличения скоростей около поперечных балок, в зоне влияния которых скорости увеличиваются до 3,61 м/с. Одной из решаемых задач является определение расстояния для расположения измерительного створа и подбор угла наклона вертушек на величину, достаточную для минимизации и учета натеканий потока. Схема расположения откидного ряда приведена на рис. 4, Ь.

а b

Рис. 3. Универсальная рамная конструкция для проведения энергетических испытаний: a — математическая модель; b — изготовленная конструкция для проведения испытаний

Fig. 3. A universal energy testing frame structure: a is a mathematical model; b is a structure manufactured for testing purposes

< П

iH *к

G Г

S 2

0 со § СО

1 S

y 1

J CD

u -

^ I

n °

S 3

0 s

=s (

01

о §

E w § 2

0) g Sœ

Г œ

an

S )

il

л ' . DO

■ г

s □

s У с о <D Ж , ,

M 2 О О 10 10 10 10

Скорость потока, м/с

How velocity, in/c

17,91

Скорость потока, м/с

Flow velocity, ni/c

3,29

b

Рис. 4. Направления и скорости потока: а — направления скоростей в водоприемнике; b — распределение скоростей в створе расположения рамы

Fig. 4. Flow directions and velocities: a is directions of velocities in the water intake; b is the distribution of velocities in the water intake frame

а

N N N N О О N N

К ш U 3

> (Л

с и m I»

1 - $

<u ф

о S

о

о о со <

8 « Si §

(Л " ОТ iE

Е о

£ ° ^ с

ю о

S ц

о Е с5 °

СП ^ т- ^

<л ю

S2 =3 г

О (О №

Скорость потока, м/с

How velocity, ni/с

3,61 2,71 1,81 0,91

0,01

Давление, IIa

Pressure, Pa

4000,00

3600,00

3200,00

2800,00

2400,00

2000,00

1600,00

1200,00

800,00

400,00

0,00

h

:;-ГГ I i"

b

Рис. 5. Скорости потока при расположении рамы в створе (а); расчетное гидродинамическое давление в створе (b) Fig. 5. The fl ow velocity when the frame is in the water intake (a); the calculated hydrodynamic pressure in the water intake (b)

а

На основе полученного распределения скоростей в водоприемной части определены расчетные гидродинамические давления (рис. 5, Ь), действующие на раму. При прохождении потока величины нагрузок на отдельные элементы балок рамной конструкции неравномерны, максимальное давление на несущий каркас составляет 4 кПа.

Данные величины использованы в расчетах напряженно-деформированного состояния конструкции, в нелинейной постановке. Целью расчетов являлась оптимизация элементов и обеспечение необходимой прочности. Для чего параметризовались основные элементы и проведены цикличные расчеты по подбору оптимальных величин элементов. Это позволило оптимизировать стоимость конструкции, обеспечив необходимую прочность, при этом, исходя из прочностных расчетов, наиболее опасными элементами являются сварные швы, к ним необходимо повышенное внимание при монтаже и производстве работ. Результаты расчетов оптимизированной металлической рамной конструкции представлены на рис. 6. Максимальные деформации наблюдаются вдоль потока в центре пролета балочных элементов и составляют 11,34 мм, при этом напряжения в металле в этой зоне не превосходят

нормативные значения. Максимальные эквивалентные напряжения в металле наблюдаются в зоне контактов основных элементов, достигают 121,11 МПа и не превосходят нормативные значения для принятой марки стали, однако концентрация напряжений по сварным швам накладывает дополнительные требования к проверке качества выполняемых сварочных работ.

В результате научных изысканий изготовлена универсальная рамная конструкция для проведения энергетических испытаний (рис. 3, Ь), использованная на реальном объекте для определения энергетических характеристик гидротурбины на объекте гидрогенерации. На рис. 7 представлены фактические скорости потока, измеренные при помощи универсальной рамной конструкции. Характерным является то, что максимальные замеренные величины отличаются от расчетных не более чем на 7 %, при этом поле величин имеет ярко выраженную неравномерность. Разница полей скорости также показывает неравномерность распределение скоростного потока между секциями водоприемника. Исследования показали, что предварительные расчеты позволили выбрать оптимальный створ с минимальными отклонениями и искажениями потока.

11,341 Мах

10,006

8,6714

7,3367

6,0019

4,6672

3,3324

1,9977

0,66294

-0,67181 Min

< П

iH G Г

S 2

0 со § CO

1 S

У 1

J to

^ I

n 0

S> 3 o

zs (

о §

b

Y

4

— 121,11 Max ■ 26,441 5,7727 1,2603 0,27517 0,060076 0,013116

1 0,0028636 0,00062521 0,0001365 Min

Рис. 6. Деформации универсальной рамной конструкции вдоль потока, мм (а); интенсивность напряжений по Мизесу, МПа (b)

Fig. 6. Deformations of the metal frame structure along the fl ow, mm (a); the stress intensity according to Mises, MPa (b)

E w

§ 2

n 0

S 6

A CD

Г 6

t (

PT §

SS )

ii

® 7 л ' . DO

■ T

s □

s У с о <D Ж J, J,

2 2 О О 10 10 10 10

а

сч N

сч N

о о

N N

¡г ш

U 3

> (Л

с и со N

i - £

ф ф

О ё

о

<Л (Л

■S г

iE 3S

О (О

Рис. 7. Распределение полей скоростей в рассматриваемом сечении, вид со стороны верхнего бьефа, м/с Fig. 7. Distribution of velocity fields in the section under consideration, if viewed from the upstream side, m/s

о о

CO <

cd ^

8 «

Si §

со " со E

E о

CL °

^ с

ю о

s ц

о E

со ^

T- ^

ЗАКЛЮЧЕНИЕ И ОБСУЖДЕНИЕ

Предложена и обоснована универсальная рамная конструкция для проведения энергетических исследований.

Применение современных вычислительных комплексов математического моделирования позволяет осуществить выбор оптимального расположения створа на стадии постановки задачи.

Комплексные расчеты напряженно-деформируемого состояния позволили разработать оптимальную конструкцию с необходимыми запасами по прочности, наиболее ответственными элементами являются сварные швы.

Разница максимальных замеренных и расчетных величин скоростей потока не превышает 7 %, что

говорит о допустимости данного подхода при оценке как створа расположения исследований, так и нагрузок, действующих на конструкцию.

Максимальные деформации вдоль потока не превышают 12 мм, а напряжения в металле 121 МПа, что ниже нормативных значений.

Погрешность измерений КПД составила ±0,67 %, что соответствует ведущим мировым стандартам.

В ходе исследований выявлено, что оптимальные режимы работы гидроагрегата смещены в сторону меньшей мощности относительно заводских значений, но при этом номинальная мощность, полученная в результате испытаний, превышает значения, установленные заводом-изготовителем.

СПИСОК ИСТОЧНИКОВ

1. Владимирский В.М., Дмитриев С.Г., Красиль-ников А.М., Минаков В.А., Козлов Д.Д., Карпинский А.В. и др. Основные результаты натурных энергетических испытаний гидроагрегатов, выполненных АО «НИИЭС» с 2005 по 2015 гг. // Безопасность энергетических сооружений. 2016. № 2 (22).

2. Дмитриев С.Г., Минаков В.А., Карпинский А.В., Назмеев А.Р., Красильников А.М. Анализ

опыта проведения натурных энергетических испытаний гидроагрегатов с измерением расхода воды различными способами. Гидроэлектростанции русловой компоновки // Гидротехническое строительство. 2021. № 2. С. 17-32.

3. Da Zheng Wang, Dan Wang, Lei Mei, Wei Chao Shi. The hydrodynamic analysis of propeller based on ANSYS-CFX // Advanced Materials Research. 2013.

Vol. 694-697. Pp. 673-677. DOI: 10.4028/www. scientific.net/AMR.694-697.673

4. Ahmed S., Aziz Y., Aziz Y. Numerical modeling of flow in side channel spillway using ANSYS-CFX // Zanco Journal of Pure and Applied Sciences. 2018. Vol. 30. Issue s1. Pp. 83-93. DOI: 10.21271/ZJPAS.30. s1.10

5. Mohammed O., Aziz Y. CFD modeling of simultaneous flow over broad crested weir and through pipe culvert using different turbulence models // Zanco Journal of Pure and Applied Sciences. 2018. Vol. 30. Issue 5. Pp. 131-139. DOI: 10.21271/ZJPAS.30.5.11

6. MajeedH.Q., GhazalA.M. CFD Simulation of velocity distribution in a river with a bend cross section and a cubic bed roughness shape // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2020. Vol. 928. P. 022038. DOI: 10.1088/1757-899X/928/2/022038

7. Kadia S., Kumar B., Pummer E., Ruther N., Ahmad Z. Experimental and CFD simulation studies on the flow approaching a type-a piano key weir // EGU General Assembly. 2021. Pp. 19-30. DOI: 10.5194/ egusphere-egu21-10030

8. Zeng J., Rakib Z., Ansar M., Dessalegne T., Hajimirzaie S. Applications of CFD for flow rating at complex water control structures // World Environmental and Water Resources Congress 2018. 2018. Pp. 210-221. DOI: 10.1061/9780784481424.022

9. Rakib Z., Zeng J. Application of CFD to improve hydrodynamic modeling to estimate local head loss induced by canal confluence // World Environmental and Water Resources Congress 2019. 2019. Pp. 178-291. DOI: 10.1061/9780784482353.017

10. Zeng J., Ansar M., Raymond J., Rakib Z., Zhang L. Automated water control structures flow rating using CFD generated data // World Environmental and Water Resources Congress 2018. 2018. Pp. 188-196. DOI: 10.1061/9780784481424.020

11. Saleh S.M., Husain S.M. Numerical study to evaluate the performance of nonuniform stepped spillway using ANSYS-CFX // Polytechnic Journal. 2020. Vol. 10. Issue 2. Pp. 1-9. DOI: 10.25156/ptj.v10n2y2020.pp1-9

Поступила в редакцию 15 июня 2022 г. Принята в доработанном виде 20 июня 2022 г. Одобрена для публикации 29 июня 2022 г.

Об авторах: Антон Сергеевич Антонов—кандидат технических наук, главный инженер по оборудованию и гидротехническим сооружениям; Филиал АО «Проектно-изыскательский и научно-исследовательский институт «Гидропроект» им. С.Я. Жука» — «Научно-исследовательский институт энергетических сооружений» (Филиал АО «Институт Гидропроект» — «НИИЭС»); 125080, r. Москва, Волоколамское шоссе, д. 2; старший преподаватель кафедры гидравлики и гидротехнического строительства; Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет (НИУ МГСУ); 129337, г. Москва, Ярославское шоссе, д. 26; SPIN-код: 7374-6867, Scopus: 57197566337, ResearcherID: AAC-7597-2022, ORCID: AAC-7597-2022; Antonov.An.S@yandex.ru;

Никита Павлович Караблин — главный инженер по турбинному и гидромеханическому оборудованию; Филиал АО «Проектно-изыскательский и научно-исследовательский институт «Гидропроект»

12. Afshari F., Dehghanpour H., Khanlari A. A basic comparison between numerical methods provided by ANSYS CFX, ANSYS Fluent AND ABAQUS Standard // Uluslararasi Mesleki Ve Teknik Bilimler Kongresi (UMTEB-4). 2018. Pp. 1802-1811.

13. Фабричная К.А., Фаррахова Ч.Ф. Исследование напряженно-деформированного состояния узла сталежелезобетонного каркаса здания в ПК ANSYS // Жилищное хозяйство и коммунальная инфраструктура. 2019. № 4 (11). С. 25-35.

14. Фабричная К.А., Саубанова А.М. Исследование напряженно-деформированного состояния элементов опорного узла консоли в ПК ANSYS // Жилищное хозяйство и коммунальная инфраструктура. 2019. № 3 (10). С. 24-33.

15. Трастьян Н.А., Линьков Н.В. Разработка рамных узлов стальных конструкций с учетом пластических деформаций // Инженерный вестник Дона. 2019. № 1 (52). С. 188.

16. Галиева А.Б., Галиев Г.Н. Моделирование конструкций многоярусной однопролетной рамы в пк ANSYS с учетом регулирования усилий в узлах сопряжения ригелей с колоннами // Академический вестник УралНИИпроект РААСН. 2015. № 2. С. 90-92.

17. ГрибановЯ.И., Калугин А.В., Балакирев А.А. Расчетный комплекс для прочностного анализа несущих конструкций покрытия спортивного сооружения // Вестник МГСУ. 2012. № 8. С. 85-90.

18. Голоднов А.И., Иванов А.П., Псюк В.В. Моделирование напряженно-деформированного состояния стальных конструкций по результатам выполненного обследования // Металлические конструкции. 2011. Т. 17. № 3. С. 167-175.

19. КравченкоГ.М., Костенко Д.С. Моделирование узлового соединения элементов облегченных стальных конструкций // Известия высших учебных заведений. Северо-Кавказский регион. Технические науки. 2019. № 4 (204). С. 51-56. DOI: 10.17213/03212653-2019-4-51-56

< П

i Н * к

G Г

0 со § СО

1 2

У 1

J со

u -

^ I

n °

2 3 o 2

=! (

о §

E w § 2

0) 0 26 r 6

an

ф )

ü

® 7 л ' . DO

■ T

s □

s У с о <D X , ,

2 2 О О 2 2 2 2

им. С.Я. Жука» — «Научно-исследовательский институт энергетических сооружений» (Филиал АО «Институт Гидропроект» — «НИИЭС»); 125080, г. Москва, Волоколамское шоссе, д. 2; n.karablin@hydroproject.ru;

Владимир Александрович Минаков — начальник отдела испытаний энергетического оборудования; Филиал АО «Проектно-изыскательский и научно-исследовательский институт «Гидропроект» им. С.Я. Жука»—«Научно-исследовательский институт энергетических сооружений» (Филиал АО «Институт Гидропроект» — «НИИЭС»); 125080, г. Москва, Волоколамское шоссе, д. 2; v.minakov@hydroproject.ru;

Алексей Валерьевич Карпинский — ведущий инженер; Филиал АО «Проектно-изыскательский и научно-исследовательский институт «Гидропроект» им. С.Я. Жука» — «Научно-исследовательский институт энергетических сооружений» (Филиал АО «Институт Гидропроект» — «НИИЭС»); 125080, г. Москва, Волоколамское шоссе, д. 2; a.karpinskiy@hydroproject.ru.

Вклад авторов: все авторы сделали эквивалентный вклад в подготовку публикации.

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

REFERENCES

1. Vladimirskiy V.M., Dmitriev S.G., Krasil'-nikov A.M., Minakov V.A., Kozlov D.D., Karpinskiy A.V. et al. The main results of full-scale energy tests of hydraulic units performed by JSC "NIIES" from 2005 to 2015. Safety of Power Structures. 2016; 2(22). (rus.).

2. Dmitriev S.G., Minakov V.A., Karpinsky A.V., Nazmeev A.R., Krasilnikov A.M. Field power tests of

N N

g g turbine-generator units involving water discharge mea-0,1 N surements via various methods. Run-of-river hydroelec-N N tric power plants. Hydraulic Engineering Construction. |S 3 2021; 2:17-32. (rus.).

E J2 3. Da Zheng Wang, Dan Wang, Lei Mei, Wei Chao CO n Shi. The Hydrodynamic Analysis of Propeller Based on N 0 ANSYS-CFX. Advanced Materials Research. 2013; 2 £ 694-697:673-677. DOI: 10.4028/www.scientific.net/ O | AMR.694-697.673

• \ 4. Ahmed S., Aziz Y., Aziz Y. Numerical modeling

c £ of flow in side channel spillway using ANSYS-CFX. ^ "G Zanco Journal of Pure and Applied Sciences. 2018; o f 30(s1):83-93. DOI: 10.21271/ZJPAS.30.s1.10 § <; 5. Mohammed O., Aziz Y. CFD modeling of si-4 c multaneous flow over broad crested weir and through

O

c pipe culvert using different turbulence models. Zanco

z '-g Journal of Pure and Applied Sciences. 2018; 30(5):131-

w £ 139. DOI: 10.21271/ZJPAS.30.5.11

§ 6. Majeed H.Q., Ghazal A.M. Simulation of veloc-

cl ^ ity distribution in a river with a bend cross section and

g ° a cubic bed roughness shape. IOP Conference Series:

o E Materials Science and Engineering. 2020; 928:022038.

fe ° DOI: 10.1088/1757-899X/928/2/022038

CD ~

^ 7. Kadia S., Kumar B., Pummer E., Ruther N., co § Ahmad Z. Experimental and CFD simulation studies on — 2 the flow approaching a type-a piano key weir. EGU Gen* ^ eral Assembly. 2021; 19-30. DOI: 10.5194/egusphere-| g egu21-10030

^ S 8. Zeng J., Rakib Z., Ansar M., Dessalegne T.,

£ Hajimirzaie S. Applications of CFD for flow rating at

¡3 -J complex water control structures. World Environmental

qq ¡¡> and Water Resources Congress 2018. 2018; 210-221. DOI: 10.1061/9780784481424.022

9. Rakib Z., Zeng J.Application of CFD to improve hydrodynamic modeling to estimate local head loss induced by canal confluence. World Environmental and Water Resources Congress 2019. 2019; 178-291. DOI: 10.1061/9780784482353.017

10. Zeng J., Ansar M., Raymond J., Rakib Z., Zhang L. Automated water control structures flow rating using CFD generated data. World Environmental and Water Resources Congress 2018. 2018; 188-196. DOI: 10.1061/9780784481424.020

11. Saleh S.M., Husain S.M. Numerical study to evaluate the performance of nonuniform stepped spillway using ANSYS-CFX

12. . Polytechnic Journal. 2020; 10(2):1-9. DOI: 10.25156/ptj.v10n2y2020.pp1-9

13. Afshari F., Dehghanpour H., Khanlari A. A basic comparison between numerical methods provided by ANSYS CFX, ANSYS Fluent AND ABAQUS Standard. Uluslararasi Mesleki Ve Teknik Bilimler Kongresi (UMTEB-4). 2018; 1802-1811.

14. Fabrichnaya K.A., Farrahova C.F. Research stressed-deformed state of the node steel-concrete building frame in ANSYS PC. Housing and Utilities Infrastructure. 2019; 4(11):25-35. (rus.).

15. Fabrichnaya K.A., Saubanova A.M. Investigation of the stress-strain state of elements of the reference node of the console in the PC ANSYS. Housing and Utilities Infrastructure. 2019; 3(10):24-33. (rus.).

16. Trastyan N.A., Linkov N.V. Development of steel framework frames with regard to plastic deformations. Ingineering JournalofDon. 2019; 1(52):188. (rus.).

17. Galieva A.B., Galiev G.N. Modeling of mul-tistoried single-span frame structure with a force control in the beam-to-column nodes in ANSYS software. Akademicheskiy Vestnik UralNIIproekt RAASN. 2015; 2:90-92. (rus.).

18. Gribanov Y.I., Kalugin A.V., Balakirev A.A. System for the strength analysis of the bearing structures of the sports facility covering. Vestnik MGSU [Monthly

Journal on Construction and Architecture]. 2012; 8:85- 20. Kravchenko G.M., Kostenko D.S. Beha-90. (rus.). viour of screw connections in cold-formed steel struc-19. Golodnov O., Ivanov A., Psyuk V. Simulation tures. Bulletin of Higher Educational Institutions. of stress-strain state of steel structures due to the results North Caucasus Region. Technical Sciences. 2019; of the survey. Metall Constructions. 2011; 17(3):167- 4(204):51-56. DOI: 10.17213/0321-2653-2019-4-51175. (rus.). 56 (rus.).

Received June 15, 2022.

Adopted in revised form on June 20, 2022.

Approved for publication on June 29, 2022.

Bionotes: Anton S. Antonov — Candidate of Technical Sciences, Chief Engineer for equipment and hydraulic structures; Branch of JSC "Design, survey and research institute "Hydroproject" named after. S.Y. Zhuka" — "Research institute of energy structures" (Branch of JSC "Institute Hydroproject" — "NIIES"); 2 Volokolamskoye shosse, Moscow, 125080, Russian Federation; Senior Lecturer of the Department of Hydraulics and Hydraulic Engineering; Moscow State University of Civil Engineering (National Research University) (MGSU); 26 Yaroslavskoe shosse, Moscow, 129337, Russian Federation; SPIN-code: 7374-6867, Scopus: 57197566337, ResearcherlD: AAC-7597-2022, ORCID: AAC-7597-2022; Antonov.An.S@yandex.ru;

Nikita P. Karablin — Chief Engineer for turbine and hydro-mechanical equipment; Branch of JSC "Design, survey and research institute "Hydroproject" named after. S.Y. Zhuka" — "Research institute of energy structures" (Branch of JSC "Institute Hydroproject" — NIIES"); 2 Volokolamskoye shosse, Moscow, 125080, Russian Federation; n.karablin@hydroproject.ru;

Vladimir A. Minakov—Head of the Department of testing of power equipment; Branch of JSC "Design, survey and research institute "Hydroproject" named after. S.Y. Zhuka" — "Research institute of energy structures" (Branch of JSC "Institute Hydroproject" — "NIIES"); 2 Volokolamskoye shosse, Moscow, 125080, Russian e е Federation; v.minakov@hydroproject.ru; n н

Alexey V. Karpinsky—Lead Engineer; Branch of JSC "Design, survey and research institute "Hydroproject" k и

named after. S.Y. Zhuka" — "Research institute of energy structures" (Branch of JSC "Institute Hydroproject" — "NIIES"); 2 Volokolamskoye shosse, Moscow, 125080, Russian Federation; a.karpinskiy@hydroproject.ru. S

C

Contribution ofthe authors: all authors have made an equivalent contribution to the preparation of the publication.

X

co

The authors declare that there is no conflict of interest. h ^

j to

u-

^ I

n 0

S 3

o SS

О о

§ 2 § g

D 6

A CD

Г 6 t ( an

CD )

ii

® 7

л * . DO

■ T

s □

s У с о <D X , ,

M 2 О О 10 10 10 10