Optimalisering av ringledning for Peltonturbin

Abstract

Hydroenergi er en norsk produsent av vannturbiner med godt etablert kunnskap innen Kaplan og Francis turbiner. Selskapet har designet flere Pelton skovler med det mål å redusere kavitasjon. Selskapet ønsket å finne et fullstendig Hill-diagram for en av skovlene på en 5 jets Pelton turbin. Andre design skulle bli testet i beste punktet og sammenlignet med nevnte design. I tillegg ønsket de å undersøke optimal design av ringledningen for turbinen. Tester ble utført ved Vannkraftlaboratoriet ved NTNU. Grunnet flere havari i løpet av testperioden ble antall forsøk redusert til kun å finne Hill-diagram som et av designene. Det designet som skulle testes fullt ut ble ødelagt i et av havariene etter at tester med 1 dyse åpen var fullført. De ble erstattet med skovler med samme geometri men med en 2◦ høyere pitch vinkel. Effekten av den økte pitch vinkelen kunne ikke tallfestes. Sammenligning av tester gjort med 1 og 2 dyser indikerer derimot en mulig innvirkning på plasseringen av beste punkter med hensyn til rotasjonshastighet. Et sett av kriterier for optimal design av ringledningen ble funnet og den opprinnelige ringledningen ble redesignet for å møte disse. De redesignede ringledningene gjennomgikk simuleringer i Computational Fluid Dynamics (CFD) basert på tidligere simulering av den opprinnelige ringledningen som er verifisert med eksperimenter. Simuleringene viste en forbedring av falltap ringledningen. I utløpet til dysene ble det observert ugunstig strømning, men dette er antatt å være grunnet feil i modellen. Den hydrauliske virkningsgraden til de testede skovlene ble funnet å være lavere enn på de beste Peltonturbinene på markedet.