Оценка прочности и усталостной долговечности элементов гидротурбин является актуальной задачей при создании перспективных гидроустановок. Большинство существующих оценок ресурса занижают срок службы конструкции, что при проектировании приводит к отбрасыванию надежных прототипов с высокими энергетическими показателями. Для адекватной оценки ресурса гидротурбины важно наиболее точно рассчитывать нагрузки со стороны потока жидкости и вызванную этими нагрузками эволюцию напряжений внутри конструкции во всем диапазоне режимов работы гидроустановки.

В настоящей работе для конкретной радиально-осевой гидротурбины проведен анализ динамики напряжений в подверженном наибольшим нагрузкам ее элементе – рабочем колесе. Представлены результаты численных экспериментов для трех режимов работы гидротурбины: частичной загрузки, оптимального КПД и максимальной мощности. Для указанных режимов рассчитаны пульсации давления в проточной части в рамках осредненных по Рейнольдсу уравнений Навье-Стокса замкнутых модифицированной k-e моделью турбулентности. Затем определены частоты и формы собственных колебаний изолированной лопасти и всего рабочего колеса в воздухе и в воде. Показано, что наибольшее влияние на напряженно-деформированной состояние рабочего колеса на рассчитываемых режимах оказывают ротор-статор взаимодействие лопастей рабочего колеса с лопатками направляющего аппарата, прецессирующий вихревой жгут в отсасывающей трубе и сход вихрей Кармана с выходных кромок лопастей колеса.