Test av Peltonturbin i Vannkraftlaboratoriet

Abstract

I denne oppgaven har det blitt gjennomført modelltester av Peltonturbiner ved Vannkraftlaboratoriet på NTNU. Modellriggen er presentert og gjennomføringen av virkningsgradsmålingene er beskrevet. Målet med denne oppgaven var opprinnelig å gjennomføre modelltest og observesjon av strømning i skovlen på to forskjellige modellturbiner tilgjengelig i laboratoriet. Likevel fikk jeg muligheten til å sammenligne 21 og 22 skovler for et skovldesign, sammenligne det første skovldesignet med et annet, itillegg til en tredje modellturbin. Målet med oppgaven ble dermed mer omfattende enn først antatt.Observasjoner av strømningen i skovlene, ved bruk av et høyhastighetskamera tilgjengelig i laboratoriet, ble gjennomført på tre forskjellige skovldesign, hvor av ett design ble kjørt med både 21 og 22 skovler. Modelltester av tre forskjellige løpehjul ble gjennomført hvorav ett skovldesign ble testet for både 21 og 22 skovler mens et annet skovldesign ble testet for 23 skovler. De tre skovldesignene undersøkt blir presentert som det første, det andre og det tredje designet. Det først og andre skovldesignet er designet av ingeniører fra DyneVec AS, en leverandør av vannturbiner. Det tredje skovldesign er designet av PhD kandidat Bjørn Winther Solemslie. Resultatene fra modelltestene korresponderte med de forskjellige observasjonene fra filming med høyhastighetskamera. Modelltesten gjennomført for det første av de tre skovldesignene resulterte i høyeste virkningsgrad på 90.32% for 21 skovler og 90.62% for 22 skovler. Dette resultatet sammenfaller med en lavere grad av bakvask observert for 22 skovler. Observasjoner av strømning i skovlen for det andre designet, som var litt forskjellig fra det første, avdekket en høyere grad av bakvask. Høyeste virkningsgrad oppnådd for det tredje designet var 83.42%.Forskjellige bidrag til energitap i løpehjul er presentert og sannsynlige tegn på coriolis og coandaeffekten er diskutert. Forskjellig grad av bakvask og vanntap gjennom skovlens utskjæring samt interaksjon mellom skovl og vannstråle er undersøkt.Muligheter for gjennomføring av trykkmålinger i skovl ved bruk av piezo-resistive trykktransdusere er undersøkt. På grunn av tidbegrensninger ble anvendelsen av dette utstyret ved Vannkraftlaboratoriet ikke undersøkt og implementert.