Numerisk modellering av luftputekammer

Abstract

Denne oppgaven omhandler trykkstøt og massesvingninger i vannveien for store vannkraftverk. Svingekammer er den mest brukte løsningen for å håndtere trykkstøt, som oppstår i vannveien når vannføringen endres. Luftputekammer er den nyeste teknologien innen svingekammer, og kan i mange tilfeller være et godt alternativ til åpen svingesjakt. Målet med denne oppgaven er å skape et bedre vurderingsgrunnlag for bruk av luftputekammer som løsning for svingekammer.Det har blitt utført feltmålinger på Oksla kraftverk i Tyssedal, og det samme kraftverket er modellert i beregningsprogrammet LVTrans. Til slutt har måleverdier og simuleringer blitt sammenlignet for å se om LVTrans klarer å gjengi de målte verdiene. Trykket i tilløpstunnelen ble målt like oppstrøms turbinen med en kvartscelle. For måling av vannivået i kammeret ble displayet på et gammelt måleinstrument filmet, og verdiene ble i etterkant registrert manuelt.Resultatet viser at simuleringene for tilløpstunnelen er sammenlignbare med målingene. Grafene har samme form og omtrent samme størrelse, men størrelsen på svingeamplituden avviker noe. Størst avvik er det for maksimal trykkøkning ved fullt avslag, der LVTrans gir omtrent 10 m større trykkøkning enn i målingene. For de øvrige lastendringene er avviket 1-3 m. Prosentvis ligger alle avvikene mellom 18 og 22 prosent. LVTrans gir derfor konservative beregninger med tanke på maksimalt trykk. Perioden i LVTrans er omtrent 60 s, det vil si 27 prosent lavere enn i målingene. Målingene for vannivået i luftputekammeret ble forstyrret av overflatebølger i kammeret, og det var derfor vanskelig å sammenligne målinger og simuleringer. For senere målinger anbefales det derfor å måle lufttrykket i kammeret i tillegg til vannivået, siden lufttrykket trolig ikke vil påvirkes av overflatebølgene.Lastrampen i regulatoren avgjør hvor raskt en lastendringene skal gjøres. Simulering med ulike verdier for lastrampen viser at den har stor betydning for trykksvingningenes amplitude. Jo raskere en lastendring gjøres, jo større blir trykksvingningenes amplitude. Det vil derfor være konservativt å velge en kort lastendringstid ved dimensjonering av vannvei og luftputekammer.Det er ikke funnet noe store driftsmessige problemer ved bruk av luftputekammer, men det bør nevnes at tapping og fylling av kammeret er en tidkrevende prosess. Dette vil imidlertid ikke være til hinder for den daglige driften. Lufttap fra kammeret kan være et problem dersom fjellet har høy permeabilitet og trykket i kammeret er høyere enn det omgivende grunnvannstrykket. Vanngardin har vist seg å være en god løsning for å redusere lufttapet, både som forebyggende og utbedrende tiltak.