Pressure pulsations at Iveland Power Plant

Abstract

Energimarkedet går over til meir fornybare energikjelder. Vasskraft, kjent for sin høge effektivitet, pålitelegheit og overlegne reguleringsemne samanlikna med andre fornybare energikjelder, har ein viktig rolle i denne overgangen. Bruken av vasskraft for å regulera kraftbehovet aukar kraftverkets drift i dellast området.

Iveland II er et vasskraftverk lokalisert i Aust-Agder i Norge som er drifta av Agder Energi. Anlegget opplever mykje vibrasjonar og støy når det opererar på dellast, og det begrensar driftsområdet for turbinen. Agder Energi har bedt Vasskraftlaboratoriet ved NTNU om hjelp til å finne kjelda til støyen og vibrasjonane.

For å undersøke kjelda til støyen og vibrasjonane blei det utført trykkmålingar ved kraftverkets sugerøyr og innløp. Trykkmålingar blei og utført med varierande luftinnslipp, som går gjennom turbinakslingen og inn i sugerøyret, for å undersøka korleis dette påverka trykkpulsasjonane.

FFT-analysen viste at Rheingans frekvensen er dominerande både ved innløpet og i sugerøyret når turbinen opererer på dellast. Dens låge frekvensen på $\sim$ 1 Hz utelukka den som ein mogeleg støykjelde. Basert på enkle berekningar blei det funnet at frekvensar forårsaka av Von Kármán virvlar ligg i området for observerte frekvensar. Undersøkinga av en gassboble som fungerer som eit fritt vasspeil i sugerøyret viste at det kan vere ein potensiell kjelde. Målingane gjort i denne oppgåva er ikkje nok til å konkludera.

Begrensing av luftstraumen som blir slept inn i sugerøyret gjennom turbinakslingen viste seg å ha liten innverknad på trykkpulsasjonane.

Ein dynamisk kalibreringsenhet ble designa, men blei ikkje produsert.

The energy market is transitioning to more renewable energy sources. Hydropower, known for its high efficiency, reliability and superior regulating abilities compared to other renewable energy sources, has an important role in this transition. The use of hydropower for regulating the power demand increases the power plants part load operation.

Iveland II is a hydro power plant located in Aust-Agder in Norway hosted by Agder Energi. The plant is experiencing a lot of vibrations and noise when it is operating at part load, limiting the operating range for the turbine. Agder Energi has asked the Waterpower laboratory at NTNU for help to find the source of the noise and vibrations.

In order to to investigate the source of the noise and vibrations, pressure measurements were conducted at the power plants draft tube and inlet. Pressure measurements were performed with varying air flow through the shaft and in to the draft tube to investigate how this affected the pressure pulsations.

The FFT analysis showed that the Rheingans frequency is dominant both at the inlet and in the draft tube when operating at part load. Its low frequency of $\sim $ 1 Hz ruled it out as a possible noise source. Based on simple calculations possible frequencies caused by Von Kármán vortices were found to be in the range of the frequencies observed. The investigation of a gas bubble acting as a free water surface in the draft tube revealed it as a potential source. The measurements conducted in this thesis are not enough to conclude.

Restricting the air flow entering the draft tube through the turbine shaft proved to have little effect on the pressure pulsations.

A dynamic calibration device was designed but was not manufactured.