Utfordringer og muligheter med trykk- og spenningsmålinger i Francis løpehjul

Transkript

1 1 Utfordringer og muligheter med trykk- og spenningsmålinger i Francis løpehjul Einar Kobro

2 2 Innhold Bakgrunn og tilnærming Status Målingene Utfordringer Resultater Muligheter Konklusjon Institutt for for Energi-og og Prosessteknikk

3 3 Bakgrunn Flere Francisturbiner opplever problemer under drift, på grunn av trykksvingninger i turbinen Dette fører til støy, kjørerestriksjoner, og i noen tilfeller utmattingsbrudd i løpehjulet. EnergiNorges prosjekt SyDK-5 FoU ved Tilnærming Tokke ble brukt som case. To modelløpehjul og to prototypløpehjul tilgjengelig for målinger i løpehjulskanalene.

4 4 Status Målinger er utført på to modelløpehjul, med suksess Målinger er utført på to prototypløpehjul. Den første målingen mislyktes, mens den andre målingen var en suksess. Begge målingene har medført store måletekniske utfordringer. De har vært utført i samarbeid med Andritz. Spesielt prototypmålingen var krevende. At den ble gjennomført med ønsket resultat, ble sett på som en stor suksess i det måletekniske miljøet i Andritz. Slike målinger på samme modell og prototyp har ikke vært utført før.

5 5 Modellmålinger Målinger utført på to modellhjul: Referansehjul designet av NTNU Andritz sitt modellhjul Samme relative posisjoner i modell- og prototyphjul Miniatyrsensorer i løpehjulet Trådløs overføring

6 6 Testrigg

7 7

8 8

9 9

10 10

11 11 Målepunkter Halvskovlhjul Andritz Hydro Modell Prototype

12 12 Prototypmålinger Utført på to hjul: Originalt Kværnerhjul Nytt Andritzhjul Samme miniatyrsensorer i løpehjulet som på modell Strekklapper Logging og lagring i løpehjulet

13 13

14 14

15 15 Software startup sequence From standstill to speed no load From speed no load to full load From full load to 20% load Trigger start Close draft tube Fill turbine Turbine ready 23ch, 10sec logging period. Total 15 minutes Software program sequence, stable operation points (60 sec cycles repeated until turbine stop) 7ch pressure only 6 periods of 2,3 seconds Wait ~6 secs 16ch strain only 12 periods of 1,1 seconds Wait ~7secs 23 ch pressure and strain combined 12 periods of 0,8 seconds Wait ~10secs

16 16 Utfordringer Trangt Turbiner ikke lagt for å ha plass til loggeutstyr Under vann Vanntetting av alle elektriske komponenter, kjemisk binding Roterende Dataoverføring av mange kanaler med høy loggefrekvens Installasjonstid på anlegg Nedetid og kostnader

17 17 Resultater Spenningsmålinger Spenningsmålinger i modell ikke reelle Gode spenningsmålinger i prototyp Trykkmålinger Dynamiske målinger både i modell og prototyp Isolert sannsynlig kilde til utmatting, ekskludert andre kilder Informasjon om trykkutvikling I skovlkanal Informasjon om trykk og spenninger ved forskjellige driftspunkter

18 18 NTNU modellhjul Ledeskovlfrekvens, trykk 4 4 3,5 qed=0,077 3,5 qed=0,076 Amplitude [kpa rms] 3 2,5 2 1,5 1 qed=0,092 qed=0,108 qed=0,122 qed=0,137 Amplitude [kpa rms] 3 2,5 2 1,5 1 qed=0,091 qed=0,106 qed=0,123 qed=0,137 0, Sensor number qed=0,15 0, Sensor number qed=0,152

19 19 Andritz prototypehjul Standardavvik, strekk

20 20 Muligheter Undersøke hvilke trykk- og spenningssvingninger som er størst i det forskjellige turbinkomponentene Bruke disse resultatene for kalibrering og verifikasjon av numeriske verktøy

21 21 Konklusjon Dyre målinger utstyr, forberedelser og installasjonstid Verdifulle data Doktorgrad Sammenligning av prototyp og modell Verifikasjon av numeriske verktøy