Virkningsgradsmåling av en høyttrykks Francis turbin

Abstract

19. mai ble det utført virkningsgradsm°alinger av Norconsult AS ved Nore I Kraftverk i Buskerud. På denne målingen var Stud. Techn. Arild Høydal medvirkende, og utførte samtidig egne målinger av energifordelingen i avløpet til bruk i masteroppgaven. Kraftverket består av åtte Peltonturbiner, hver på 26 MW, og har en fallhøyde på 343 m. Målingene ble utført på turbin 8, som nettopp ble satt i drift etter utskifting av løpehjulet. En garantiåaling av virkningsgraden skulle derfor utføres. Denne oppgaven består av to hovedmål. Det første er å sette seg inn i teorien bak termodynamiske virkningsgradsmålinger for å deretter være med på måling og utføre beregninger på virkningsgrad og usikkerhet basert på måledata. Det andre målet er å gjøre detaljerte målinger av både temperatur- og hastighetsfordeling i avløpet på kraftverket. Dette er for å se om kunnskaper om energifordelingen gjør at man kan få ned usikkerheten i målingene. Da vil det også være mulig å sammenligne den målte usikkerheten med usikkerheten man er anbefalt å sette på energifordelingen i avløpet. Målingen av virkningsgraden var vellykket med gode måleforhold og små forstyrrelser. Målingen av energifordelingen var bare delvis suksessfull, ettersom hastighetsmålingene ble vurdert til å være ugyldige. Dette var likevel et mindre problem, ettersom temperaturvariasjonene på tvers av avløpet ble funnet til å være rundt 1 mK. Dette gjorde at virkningsgraden varierte lite fra kontrollflate til kontrollflate, og en hastighetsvekting av kontrollflatene gav lite utslag. Måleusikkerheten ble funnet til å være 0.76% relativt til virkningsgraden for alle lastpunktene, som er en akseptabel usikkerhet for en virkningsgradsmåling. Denne usikkerheten ble derimot redusert til 0.47% når det ble brukt usikkerheter på energifordelingen i avløpet i stedet for anbefalte verdier fra IEC 41. Det demonstrerer fordelen av å kartlegge energifordelingen i avløpet. På bakgrunn av målingene utført ved Nore I og tidligere målinger på andre Francis- og Peltonturbiner, ble det konkludert med at usikkerheten på 0.60% for Em blir unødvendig høy for kraftverk med stor fallhøyde. Denne oppgaven støtter tidligere forslag om å heller sette en absolutt usikkerhet på 2 mK på temperaturen i avløpet, som er mer representativt for observerte forhold. Et forslag blir også fremmet om å skille mellom Francis og Pelton i IEC 41 når usikkerheten skal settes på energifordelingen i avløpet, observert data antyder en større energispredning i Francissugerør enn i Peltonavløp. Flere energikartlegging av avløp trengs for å avgjøre om det er riktig.