Experimentelle Betrachtung eines Maschinenstarts an einer Modellpumpturbine

Abstract

Die Anforderungen an Pumpspeicherkraftwerke haben sich in den letzten Jahren geändert. Aufgrund der steigenden Anzahl an volatilen Erzeugern im Stromnetz, werden Pumpspeicherkraftwerke zunehmend zur Netzstabilisierung eingesetzt. Das führt zu vermehrten Start-Stopp Zyklen und folglich zu höheren Belastungen an der Turbine. Deshalb besteht am Institut für Energietechnik und Thermodynamik der Technischen Universität Wien vermehrtes Interesse in experimentellen Untersuchungen bzw. numerischen Simulationen über das transiente Betriebsverhalten von Pumpturbinen. Um diese Untersuchungen am Pumpturbinenprüfstand des Instituts durchführen zu können, ist die Implementierung eines realitätsnahen und automatischen Anfahr- bzw. Stoppvorgangs notwendig. In dieser Arbeit werden experimentelle Betrachtungen eines Maschinenstarts (startup) an einer Modellpumpturbine im Turbinenbetrieb angestellt. Der Prüfstand befindet sich am Institut für Energietechnik und Thermodynamik (IET) an der Technischen Universität Wien. Es wird vor allem untersucht, wie und ob ein realitätsnaher Anfahrvorgang am Prüfstand abgebildet werden kann. Die vorliegende Diplomarbeit gliedert sich in in drei praktische Bereiche. Zunächst wird das Verhalten des Prüfstands im lastfreien Leerlauf untersucht und weiterführende Messungen zur Ermittlung der Leerlaufdrehzahlkennlinien durchgeführt. Der zweite Teil beschäftigt sich mit der Implementierung eines automatischen Anfahrvorgangs in das bestehende Mess- und Steuerungsprogramm des Prüfstands. Im letzten Abschnitt erfolgen Messungen zur Ermittlung der optimalen Betriebsparameter der Anfahrautomatik.

The requirements for pumped storage power plants have changed in recent years. Due to theincreasing number of volatile generators in the power grid, pumped storage power plants areincreasingly being used to stabilize the grid. This leads to increased start-stop cycles andconsequently to higher loads on the turbine. Therefore, the institute for energy systems and thermodynamics (IET) at the Vienna Universityof Technology is more and more interested in experimental investigations and numericalsimulations of the transient operating behavior of pump turbines. In order to be able to carryout these investigations at the pump turbine test rig of the institute, the implementation ofa realistic and automatic start and stop procedure is necessary. In this work, experimental considerations of a machine startup on a model pump turbine arecarried out. The test rig is located at the institute for energy systems and thermodynamics atthe Vienna University of Technology. The main objective is to investigate how and whether a realistic startup process can be reproduced on the test rig. This diploma thesis is divided into three main sections. First, the behavior of the test benchin speed-no-load conditions is investigated and further measurements are carried out todetermine the speed-no-load functions. The second section deals with the implementationof an automatic start-up procedure in the existing measurement and control program of thetest rig. In the last section, measurements are carried out to determine the best operatingparameters of the start-up program.