Auslegung, Konstruktion und CFD Simulation eines Pumpturbinenlaufrades

Abstract

Diese Diplomarbeit befasst sich mit der hydraulischen und mechanischen Auslegung sowie der Konstruktion eines Laufrades für eine mehrstufige Pumpturbine. Die hydraulische Auslegung in Anlehnung an Bohl und Pfleiderer führt zu zwei Laufradversionen. Bei der Konstruktion wird auf einen modularen Aufbau der Pumpturbinenanlage geachtet, welcher sicherstellen soll, dass die Anlage durch Variation der Stufenzahl an die örtlichen Gegebenheiten angepasst werden kann. Dabei wird vor allem auf eine einfache, aber ausreichende Parametrisierung der wichtigsten Abmessungen des Laufrades geachtet. Mit Hilfe der Parametrisierung kann einerseits zwischen den beiden Laufradversionen gewechselt werden und andererseits lassen sich bei Änderung des Auslegungspunktes rasch neue Laufräder durch tabellarische Eingabe erstellen. Abschließend werden beide Laufräder strömungstechnisch simuliert. Dabei werden für die Betriebsarten Pumpbetrieb und Turbinenbetrieb jeweils die Lastarten Teillast, Optimum und Überlast ausgewertet und gegenübergestellt.<br />

This thesis focuses on the hydraulic and mechanical design as well as the construction of a runner used in multistage pump turbines.<br />The hydraulic calculation according to Bohl and Pfleiderer leads to two different runner versions. The construction takes care on a modular design to ensure that the pump turbine station can be used for different local conditions through variation of the stage number. Of particular interest is the easy, yet sufficient parameterization of the main geometry dimensions of the runner. The parameterization makes it possible to change between the two runner versions and is an easy way to create new impellers through a tabular input. Finally, for both runners, a CFD analysis was performed. Thereby, the runners in the pump operation as well as the turbine operation are analyzed for overload, optimum load and partial load.