Virkningsgradsmåling av vannturbiner

Abstract

Målet for prosjektet var å finne virkningsgradkurve for en turbin ved hjelp av Winter-Kennedy målinger og CFD-analyser. Det ble derfor laget en CAD-modell av gjennomstrømningsvolumet i spiraltromma på NTNUs vannkraftlaboratorium basert på en eksakt modell av spiraltromma. På denne modellen ble det så gjort CFD-analyser med et visst antall volumstrømmer for å finne kalibreringskonstantene til Winter-Kennedy målingene.I laboratoriet ble så Francis-turbinen kjørt i et passende område rundt det optimale driftspunkt, mens det ble utført absolutte volumstrømsmålinger og Winter-Kennedy-målinger på turbinen. Trykkmålingene ble utført ved både automatisk logging med differensialtrykktransducer og optisk avlesning av vannsøylemanometerVed hjelp av kalibreringen fra CFD-resultatene ble det utarbeidet virkningsgradskurver og Hill-diagram for både de relative og de absolutte målingene.Differensialtrykk simulert med CFD stemte godt overens med, og var i gjennomsnitt 0,3 % høyere enn, målingene fra vannsøylemanometeret. Målingene med transduceren ser ut til å være heftet med systematiske feil, og ligger gjennomsnittlig 40 Pa over vannsøylemanometermålingene. Det lot seg gjøre å opprette virkningsgradsdiagram med relative målinger. Formen på Hill-diagrammet basert på Winter-Kennedy-målingene med vannsøylemanometer stemte godt overens med de absolutte, mens målingene med trykktransducer ble forstyrret av systematiske måleavvik. Beste virkningsgrad målt med absolutte målinger var omtrent 0,2 % lavere enn hva som tidligere er blitt målt på samme turbin. Virkningsgraden fra relative målinger kalibrert med CFD var ca. 0,3 % lavere enn de absolutte målingene. Kalibrering med CFD ga totalt sett kun en liten økning (0,16 %) i forventet avvik av volumstrømmåling med Winter-Kennedy-metoden.