Ausgewählte Kapitel der Festigkeits- und Leistungsbetrachtung an einer Francis Turbine

Abstract

In Zeiten des immer höher werdenden Energiebedarfs, allen voran der elektrischen Energie,wird es immer wichtiger den maximalen Wirkungsgrad aus energieerzeugenden Anlagen zuerwirtschaften. Diese Arbeit beschäftigt sich mit den Verlustströmungen, welche trotz einerverbauten Labyrinthdichtung, durch den Radseitenraum einer Francisturbine eines Wasserkraftwerks fließen. Verglichen werden dabei analytische Berechnungsmodelle zur Ermittlung des Verluststroms mit einer Anlagenmessung, um die Genauigkeit der analytischen Modelle und den Einfluss dieser Strömungen auf den Wirkungsgrad der Maschine zu ermitteln. Weiters ergeben sich durch die Strömungen durch die Radseitenräume Drücke auf die Turbine, welche Spannungen am Turbinenlaufrad hervorrufen. Diese Drücke wurden im Zuge dieser Arbeit in einem Finite-Elemente-Modell an der Turbine angebracht und durch simulierte Dehnmessstreifen die auftretenden Spannungen ausgelesen. Zur Validierung wurden Spannungen von Dehnmesstreifen aus der Anlagenmessung ausgewertet und mit den Werten des Finite-Elemente-Modells verglichen.

In times of ever increasing energy volumes, especially electrical energy, it is becoming more and more important to achieve maximum efficiency from electricity generating plants. This thesis deals with the flow losses, which, despite a labyrinth seal, flow through the runner side chamber of a Francis turbine of a hydropower plant. Analytical calculation models for the determination of the leakage flow are compared with a plant measurement to determine the accuracy of the analytical models and the influence of these flows on the efficiency of the machine. Furthermore, the flows through the runner side chamber result in pressures, which cause stresses on the turbine runner. In the course of this work, the effects of these pressures were simulated in an finite elements model and the stresses are compared with measured values from the strain gauges attached to the turbine in the course of the system measurement.