Experimentelle Untersuchung eines neuartigen, axialen Wasserzuführungskonzepts für mehrdüsige Peltonturbinen

Abstract

Der aktuelle Wandel der Energiebranche hin zu erneuerbaren Energieträgern rückt auch die Wasserkraft wieder stärker in den Fokus. Das Projekt AxFeeder umfasst dabei eine numerische und experimentelle Untersuchung eines neuartigen, axialen Zuführungskonzepts zu einer mehrdüsigen Peltonturbine als Alternative zur konventionellen radialen Wasserzufuhr. Die vorliegende Arbeit behandelt die experimentelle Umsetzung und Inbetriebnahme des Konzepts in Form eines Versuchsprüfstands. Dabei liegt der Fokus auf Messungen der in der Zuleitung vorherrschenden Druck- und Strömungsbedingungen, anhand derer Aussagen über das reale Betriebsverhalten getroffen werden. Dies umfasste die Definition eines Betriebsbereichs, die Bestimmung von Druckverlusten durch Bilanzierung zwischen den einzelnen Messebenen, sowie die Charakterisierung von dynamischen Messabläufen mit speziellem Fokus auf das Druckstoßverhalten. Anhand der ermittelten Messdaten kann ein sicherer Messbetrieb gewährleistet werden, überdies liefern sie eine wichtige Grundlage für die Konzeption zukünftiger Messungen. Die hohe Datenqualität und die gute Reproduzierbarkeit der Messungen bestätigen die Robustheit des Prüfstands sowie die Eignung der gewählten Messmethoden.

The current shift in the energy sector towards renewable energy sources is bringing hydropower back into the spotlight. The AxFeeder project involves a numerical and experimental investigation of a novel axial inlet concept for a Pelton turbine as an alternative to the conventional radial water supply.This thesis deals with the experimental implementation and commissioning of the concept in the form of a test rig. The focus is on measuring the pressure and flow conditions prevailing in the inlet, to gain knowledge from which statements can be made about the real operating behaviour. This included the definition of an operating range, the determination of pressure losses by balancing between the individual measuring planes, as well as the characterization of dynamic measurement procedures with a special focus on water hammer behaviour.Based on the determined measurement data, safe measurement operation can be guaranteed, as well as providing an important basis for the design of future measurement series.The high data quality and good reproducibility of the measurements confirm the robustness of the test rig and the sustainability of the chosen measurements.