Trykkpulsasjoner i Francisturbiner

Abstract

På grunn av den gode reguleringsevnen til norske vannkraftverk blir turbinene i dag kjørt oftere utenfor bestpunkt. Turbinene er opprinnelig designet for å kjøres ved bestpunkt, og kan ta stor skade av å kjøres ved andre driftspunkt over lang tid. I denne oppgaven er det utført laboratorietester på en modell av Tokke kraftverk installert ved Vannkraftlaboratoriet ved NTNU. Trykkpulsasjonsmålingene er blitt utført både ved innløpet av spiraltromma, i omdreiningshulrommet, i sugerørskonusen og i utløpet av sugerøret for hele driftsområde til turbinen. Av frekvensanalysen ble det i hovedsak funnet tre dominerende frekvenser forårsaket av hydrauliske påvirkninger; Rheingans-, bladplasserings- og løpeskovlfrekvensen. I tillegg ble frekvenser forårsaket av elastiske svingninger mellom trykktank og turbin og mellom turbin og sugerørstank observert. Rheingans-frekvensen ble observert ved alle trykktransduserne på riggen. Størst trykkamplitude hadde trykktransduser nr.5 på sugerørskonusen. Dette stemmer godt overens med teorien om at det er sugerørsvirvelen som setter opp trykksvingningen. Trykkamplituden var økende rundt 50-60 % last ved alle trykktransduserne. Bladplasseringsfrekvensen ble observert i omdreiningshulrommet og i sugerørskonusen. Målingene fra omdreiningshulrommet bekrefter teorien om at trykkamplituden øker når avstanden mellom ledeapparat og løpehjulsskovl minker. Løpeskovlfrekvensen ble observert med en svært høy trykkamplitude i omdreiningshulrommet. Den høye amplituden antas å komme av plasseringen av trykktransduseren i omdreiningshulrommet. I tillegg til trykkpulsasjonsmålingene på modellturbinen ble det utført en pumpetest. Resultatene fra pumpetesten viste at trykkpulsasjonene satt opp av pumpen ble dempet helt ut gjennom trykktanken, og har ikke innvirkning på turbintestene.