Parametrisierte Konstruktion und CFD Simulation eines Saugrohrs mit durchgängiger Welle

Abstract

Diese Diplomarbeit beschreibt die hydraulische und mechanische Auslegung, 3D-Konstruktion und numerische Strömungssimulation des Saugrohrs in einer mehrstufigen Pumpturbinenanlage. Das Saugrohr ist ein wichtiges Bauteil zur Leistungssteigerung und hat im Turbinenbetrieb die Aufgabe, die Geschwindigkeitsenergie am Laufradaustritt in Druckenergie umzuwandeln bzw. im Pumpbetrieb dem Laufrad die Strömung axial und drallfrei zuzuführen. Der Schwerpunkt der Arbeit liegt in der parametrisierten Konstruktion des Saugrohrs unter Berücksichtigung einer durchgehenden Welle. Durch die Parametrisierung können die Geometriegrößen leicht geändert, sowie schnell an die Auslegungsrechnung angepasst werden. Nach der Beschreibung der Konstruktion wird das Strömungsverhalten im Pump- und Turbinenbetrieb mittels CFD-Analyse näher untersucht, sowie auf den Festigkeitsnachweis mittels FEM eingegangen.<br />

This thesis describes the hydraulic and mechanical calculation, 3D-construction and CFD-analysis of the draft tube in a multistage vertical pump turbine. The draft tube is an important component for the power enhancement. In turbine operation the main task is to expel water from the runner to the tailwater pool without losses. In pump operation, feeding the runner axial and swirl-less is required. The focus of the work is the construction of the draft tube in consideration of a through-shaft. By parameterization, a flexible structure of the geometry is achieved, which can be quickly adapted to the calculation. After the design process the flow process in the pump- and turbine operation will be further investigated by means of CFD-analysis. The stresses in the draft tube are verified through a Finite-Element-analysis, thereby two operating conditions are compared.