Beitrag zur Entwicklung von Saugrohren für Hydromatrix®-Turbinen bei geringer bzw. fehlender Unterwasserüberdeckung

Abstract

Im Rahmen dieser Arbeit wurden mit Hilfe von hydraulischen Modellversuchen Saugrohre für HYDROMATRIX®-Turbinen entwickelt. Diese sollen bei der Nachrüstung von bestehenden wasserbaulichen Anlagen mit HYDROMATRIX®-Modulen, wo das Unterwasser sehr tief liegt, eingesetzt werden.<br />Ein hydraulisches Modell in Maßstab 1:12,5 diente zur Entwicklung und Optimierung verschiedener Saugrohrkonfigurationen.<br />Im Sinne einer methodischen Vorgangsweise zur Erreichung des Untersuchungszieles, wurden Druckmessungen an geraden Kreisdiffusoren durchgeführt. Aufgrund der Versuchsergebnisse folgten Variationen von gekrümmten Kreisdiffusoren, die schlussendlich in der Entwicklung eines Kreisdiffusors (Flächenverhältnis n=2,25) mit nachge¬schaltetem Krümmer (Krümmungswinkel 60°) der das gewünschte Anforderungsprofil aufwies, mündeten.<br />Durch den Einbau einer Klappe in der Austrittsfläche des Saugrohres konnten auch instationäre Strömungszustände während der Inbetriebnahme der Anlage bei fehlender Unterwasserüberdeckung bewältigt werden. Die Strömungs- bzw. die Druckverhältnisse im optimierten Saugrohrtyp konnte man ebenfalls für den quasi stationären Betriebszustand mittels einer CFD-Simulation (Software FLUENT) mit guter Genauigkeit verifizieren.<br />

In this thesis draft tubes for HYDROMATRIX®-Turbines were developed on the basis of hydraulic model investigations. They are to be installed into existing dams and gate structures, where the underwater level is very low.<br />A hydraulic scaled model (1:12,5) was used to investigate and to optimize different shapes of the draft tubes.<br />A methodological procedure was used to reach the objective of the investigations. The pressure level was initially measured on straight circular diffusors. On the basis of this results variations of the bent draft tubes followed. These Variations conducted to a circular diffusor (area ratio n=2,25) with a bend at the diffusor´s end (bend angle 60°).<br />This Installation fulfilled the wanted requirement.<br />The lay out of a flap at the outlet face of the draft tube it is possible to manage the start-up, if the water level is not submerging the draft tube end. By means of a CFD-simulation with the software FLUENT it was possible to verify the flow and the pressure ratio in the optimized draft tube for a quasi steady operating condition with a good accuracy.