Title: Physikalische Untersuchung des strömungsdynamischen Verhaltens eines Rohrsystems einschließlich Dreifachrohrverzweigung (Trifurkator)
Language: Deutsch
Authors: Lugger, Eduard Josef 
Qualification level: Diploma
Keywords: Trifurkator Dreifachrohrverzweigung Rohrsystem Schwingungen Strömungsdynamik Fluiddynamik Turbinenschwingung Triebwasserweg Modellversuch Modellgesetz
trifurcator pipesystem fluiddynamic vibrations turbine feedpipe modelexperiment modellaw turbinevibration
Advisor: Prenner, Reinhard
Issue Date: 2007
Number of Pages: 111
Qualification level: Diploma
Abstract: 
Im Rahmen eines Forschungsprojektes das im Auftrag der VA TECH HYDRO GmbH am Institut für Konstruktiven Wasserbau der Technischen Universität Wien bearbeitet wurde, hat man das strömungsdynamische Verhalten des Triebwasserweges der bestehenden Kraftwerksanlage ANGOSTURA in Costa Rica, anhand eines hydraulischen Modells untersucht.
Die Verteilung des Triebwassers aus der Druckrohrleitung zu den Turbinenzulaufleitungen erfolgt bei wasserbaulichen Kraftwerksanlagen mittels Rohrverzweigungen. Diese gibt es in den verschiedensten Ausführungen: Einfachverzweigungen, Bifurkatoren (Hosenrohre) und in letzter Zeit vorzugsweise Trifurkatoren (Dreifachrohrverzweigungen). Die Ausführung von Trifurkatoren scheint bei einigen Betriebszuständen vorteilhaft gegenüber Bifurkatoren, jedoch kann man bei bestimmten Lastfällen hydrodynamische Probleme bezüglich Strömungsablösungen und Wirbelbildungen feststellen.
Die vermutete Ursache dafür liegt in der besonderen Geometrie, da sich die Achsen der drei Verteilstränge in einem Punkt mit der Hauptleitung schneiden und die Rohrstränge symmetrisch abzweigen.
Bei der bestehenden Wasserkraftanlage ANGOSTURA in Costa Rica treten, verursacht durch instationäre Strömungsvorgänge im Rohrleitungssystem, Druckschwankungen auf, die zu Achslängsschwingungen der Turbinensätze und damit zu einer erhöhten Beanspruchung dieser führen. Die dort eingebaute Verzweigung der Druckrohrleitung in die Turbinenzulaufleitungen wurde in Form eines Trifurkators ausgeführt.
Als Ursache für die auftretenden Phänomene wird die Kombination von Strömungsablösungen im Trifurkator mit Saugrohrpulsationen bzw.
hochfrequenten Druckschwingungen in der Turbine selbst vermutet. Es ist auch möglich, dass diese durch Saugrohrpulsationen bzw. ungünstige Verhältnisse der Verteilrohrleitungslängen verstärkt werden und zu den erwähnten Resonzanzschwingungen führen.
Die vorliegende Arbeit ist in die Dissertation von A. Joeppen, die derzeit am Institut ausgearbeitet wird, eingebettet.
Weiters werden die vorangegangenen Modelluntersuchungen von Voggeneder und Schmid mit einer hier untersuchten, modifizierten Trifurkatorgeometrie verglichen.
Das Versuchsprogramm beinhaltete eine Visualisierung der Strömungsvorgänge zur qualitativen Beurteilung verschiedener Durchströmungskonfigurationen im Trifurkator sowie die Messung von Druckschwankungen in verschiedenen Punkten des Rohrsystems, um instationäre Vorgänge, die eventuell durch die Trifurkatorgeometrie hervorgerufen werden zu analysieren.
Es erfolgte auch die Ermittlung des Frequenzganges bzw. von Systemeigenfrequenzen durch die externe Aufprägung von Einzelimpulsen sowie von periodischen Druckschwankungen (Impulsator - Simulation der Turbinen). Besondere Beachtung fand dabei der Lastfall, bei dem nur ein außenliegender Rohrstrang beaufschlagt war, da hauptsächlich dieser zu den erläuterten Problemen am Prototyp führt.

Within the scope of a research project, which is currently carried out at the Institute of Hydraulic Engineering at the Technical University of Vienna commissioned by VA Tech Hydro GmbH, the hydrodynamic behaviour of the penstock in the hydropower plant ANGOSTURA in Costa Rica, was analyzed by means of a hydraulic model.
The distribution of water from the main penstock or power shaft to the turbines is realized by junctions and manifolds in hydropower plants.
There different junctions exist: single junctions, bifurcators and recently preferred trifurcators (triple junction). Under some operating conditions trifurcators seem to be more advantageous than bifurcators.
Nevertheless in certain loading cases hydrodynamic problems due to flow separations and vortex shedding can be occur.
The supposed reason is probably the particular geometry, because the axes of the three branches converge in one single point with the main conduit and are arranged symmetrically.
In the power plant ANGOSTURA in Costa Rica pressure fluctuations, are occurring caused by unsteady flow conditions in the penstock system.
This leads to longitudinal axial vibrations of the runner and consequently to higher stresses. The junction there is built as trifurcator.
These phenomena are assumed to be caused by the combination of flow separation in the trifurcator and draft tube pulsations respectively by high frequency pressure oscillations of the turbine itself. It is also possible that the adverse length of the individual approaching turbine penstocks amplify the mentioned vibrations.
This diploma work is embedded in the PhD-thesis of A. Joeppen which is currently worked out at the Institute. The previous studies of Voggeneder and Schmid are compared with a modified geometry of the trifurcator.
Visualizations of different flow configurations and pressure fluctuation measurements were realized for further analysis. Additionally the frequency response respectively the eigenfrequency of the system was determined by external impression of single and periodic pressure waves.
The loading case which only admits one lateral turbine penstock was especially considered, because in this case the mentioned vibrations occur strongest at the prototype.
URI: https://resolver.obvsg.at/urn:nbn:at:at-ubtuw:1-16333
http://hdl.handle.net/20.500.12708/12746
Library ID: AC05035739
Organisation: E222 - Institut für Konstruktiver Wasserbau 
Publication Type: Thesis
Hochschulschrift
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