Show simple item record

dc.contributor.advisorDahlhaug, Ole Gunnar
dc.contributor.advisorSolemslie, Bjørn Winther
dc.contributor.advisorThapa, Biraj Singh
dc.contributor.advisorChitrakar, Sailesh
dc.contributor.authorBådsvik, Julia Kiri Ellinor
dc.date.accessioned2019-05-26T14:00:21Z
dc.date.available2019-05-26T14:00:21Z
dc.date.issued2019
dc.identifier.urihttp://hdl.handle.net/11250/2598835
dc.description.abstractDenne masteroppgaven er en del av prosjektet EnergizeNepal, som har som mål å utvikle og bygge en francisturbin-testrigg for Universitetet i Kathmandu som oppfyller kravene i IEC60193. Nepal har store vannkraftressurser, men bare en liten andel er utbygd. Hovedproblemet er at det er høyt innhold av sedimenter i vannet slik at turbinene eroderer. Poenget med å bygge laboratoriet er derfor å kunne teste for slike forhold og finne gode løsninger. I denne masteroppgaven er en metode for å måle og kalibrere aksialkraften testet. Ideen er å plassere strekklapper på den nederste delen av lagerblokken, en seksjon som kalles Axial Load Measuring Device (ALMD), hvor strekklappene vil måle strekk påført av aksialkraften når turbinen er i drift. For å oppnå dette, er aksialkraften regnet ut teoretisk, simuleringer er satt opp i Ansys Mechanical og eksperimenter er gjennomført på Vannkraftlaboratoriet ved NTNU. Den teoretiske utregningen ga en maksimal aksialkraft på 7000 N. Flere scenarier der den maksimale aksialkraften og forskjellige ALMD-veggtykkelser ble benyttet, ble kjørt i Ansys Mechanical. Det ble funnet at ved en veggtykkelse på 1mm ville den maksimale spenningen i modellen være langt under flytegrensen. Eksperimentene ble utført for to veggtykkelser: 2 mm og 18 mm. Ved å bruke en rigg i laboratoriet kunne det settes en aksialkraft på ALMD-en. Vekter mellom 0 kg-200 kg og 500 kg-700 kg ble lagt på 20 kg av gangen. På grunn av manglende vekter var det et hull mellom 200 kg-500 kg hvor det ikke kunne foretas målinger. Det ble funnet at begge veggtykkelsene ga store usikkerheter for noen av lastene. Den høyeste usikkerheten var 36% og 15% for henholdsvis 2 mm og 18 mm veggtykkelse, begge ved en pålagt last på 20 kg. Usikkerheten gikk derimot ned for høyere laster og ga en usikkerhet rundt 1%-3% for en last på 700 kg for begge veggtykkelsene. Det som bidro mest til usikkerheten, var hysteresen, som var stor, spesielt over 500 kg. Repeterbarheten var derimot bra. For å kunne bruke ALMD-en som måleverktøy, ble det laget en kalibreringskurve. En best fit-kurve ble plottet mellom datapunktene, og det ble funnet at avviket mellom den modellerte og den faktiske lasten var stor for 18 mm veggtykkelse ved noen punkter. 2 mm veggtykkelse ga også noe avvik, men mye mindre. Strekklappene viste seg å være avhengige av temperatur, og det ble derfor gjennomført en temperaturkompensering.
dc.description.abstractThis Master’s thesis is a part of the EnergizeNepal project, which aims to build a state-of-the-art Francis turbine test rig at Kathmandu University that fulfils the requirements of the IEC60193. Nepal has great hydroelectric power resources, where only a small percentage has been utilised. The main issue is that the high content of sediments in the water causes the turbines to erode. The purpose of building the laboratory is therefore to be able to test for these conditions and find effective solutions. In this Master's thesis, a way of measuring and calibrating the axial force has been tested. The idea has been to place strain gauges at the lower section of the bearing block, a section named the Axial Load Measuring Device (ALMD), where the strain gauges will measure the strain caused by the axial force when the turbine is running. In order to achieve this goal, the axial force has been calculated theoretically, simulations have been set up in Ansys Mechanical and experiments in the Waterpower Laboratory at NTNU have been conducted. The theoretical calculation gave a maximum axial force of 7000N. Several scenarios using this maximum axial force and changing the wall thickness of the ALMD were run in Ansys Mechanical. It was found that when the ALMD had a wall thickness of 1mm, the maximum stress seen in the model would be far below the yield strength. The experiments were conducted at two wall thicknesses: 2mm and 18mm. By using a rig set up in the laboratory, an axial force could be applied to the ALMD. Loads between 0kg-200kg and 500kg-700kg were added 20kg at a time. Because of lack of weights, there was a gap between 200kg-500kg where no measurements could be made. It was found that both wall thicknesses gave large uncertainties for some of the loads. The highest uncertainty found was 36% and 15% for the 2mm and 18mm wall thicknesses respectively, both at a load of 20kg. The uncertainty however decreases for higher loads, giving an uncertainty of 1%-3% at a load of 700kg for both cases. The greatest contributor to the uncertainty was the hysteresis, that was large, especially above 500kg. On the other hand, the repeatability was good for both cases. In order to use the ALMD as a measuring device, a calibration curve was made. A best fit curve was plotted between the data points, and it was found that the deviation between the modelled and the actual loads was high for the 18mm wall thickness at some measuring points. The 2mm wall thickness also gave some deviation, although much smaller. The strain gauges proved dependent on temperature, and a temperature compensation was therefore performed.
dc.languageeng
dc.publisherNTNU
dc.titleDevelopment of a Francis Turbine Test Rig at Kathmandu University
dc.typeMaster thesis


Files in this item

Thumbnail
Thumbnail

This item appears in the following Collection(s)

Show simple item record