Undersøkelse av småturbin

Abstract

I denne oppgaven har en Kaplan turbin produsert i Afghanistan blitt undersøkt. En fullstendig virkningsgradanalyse er gjort i laboratoriet, på to av fire løpehjulsvinkler. Like før innløpet til turbinen er det et 90 grader bend, som har blitt simulert i Ansys Fluent. Forbedringer av bendet er foreslått. Turbinen er laget av Remote HydroLight for bruk i Afghanistan. Målet med turbinen er at oppbygningen er enkel nok til at innbyggerne kan produsere og vedlikeholde turbinen på egenhånd. Det betyr at turbinen må være modifisert i forhold til en tradisjonell Kaplan turbin. Sagt med andre ord, er et enkelt design viktigere enn en høy virkningsgrad. Forenklingene av turbindesignet tatt i betraktning, er beste virkningsgrad høy; 85.32 % for løpehjulsposisjon 1, og 87.75 % for posisjon 2, med en usikkerhet på 0.5 %. Reduserte parametere er brukt. Dersom fallhøyden økes, ser man en liten økning i virkningsgraden. Dette kan skyldes lavere friksjonstap ved høyere Reynolds tall. For posisjon 2 ser man den motsatte effekten; virkningsgraden minker litt med høyere fallhøyde, for høy volumstrøm. Dette kan være fordi høyere volumstrøm gir høyere tap i bendet, fordi strømningsprofilen blir mer ujevn. Løpehjulskovlene har fire ulike posisjoner, mens ledeskovlene ikke kan justeres. Posisjonene er markert med små hakk på bladene, og å finne eksakt samme posisjon når skovlene har blitt flyttet på er vanskelig. Målinger gjort på samme skovlåpning gir derfor varierende resultat. Bendet har to strømningsrettere og effekten av disse har blitt simulert. Simuleringene viser at den nedre strømningsretteren har en stor positiv effekt på strømningen i forhold til å ikke ha strømningsrettere. Den øvre strømningsretteren viser liten eller ingen effekt på strømningen og kan derfor bli fjernet. Dersom den nedre strømningsretteren flyttes mot høyre, er den positive effekten på strømningen enda større, ved at den akselererer strømningen i den indre delen av bendet. Simuleringer har blitt sammenlignet med Pitot-målinger gjort i laboratoriet, og de viser de samme tendensene i strømningen.