Auswertung und Analyse von Messdaten einer Francisturbine

Abstract

Der Energiemarkt hat sich in den letzten Jahren stark verändert. Die Einbindung erneuerbarer Energieträger wie Photovoltaik und Windkraft erfordert leistungsfähige Ausgleichsmechanismen, wofür Wasserturbinen besonders geeignet sind, da diese im Vergleich zu anderen Kraftwerkstypen relativ schnell leistungsvariabel geregelt werden können. Dies führt allerdings zu vermehrtem Betrieb in kritischen Lastbereichen, wodurch die Lebensdauer der Maschinen stark reduziert und vorzeitige und unkontrollierte Ausfälle zunehmen können. Um dies zu vermeiden, ist es notwendig, den Zustand von auf diese Art und Weise betriebenen Wasserkraftmaschinen gut zu überwachen. In dieser Arbeit werden daher die grundlegenden Strömungsphänomene, welche während des gesamten Leistungsspektrums einer Turbine auftreten können, erläutert und die Möglichkeiten der Maschinendiagnose besprochen. Anschließend werden die Messdaten, welche während einer Prototypmessung einer bestehenden Anlage aufgenommen wurden, anhand der theoretischen Grundlagen auf ihre Besonderheiten untersucht. Es soll damit beantwortet werden, mit welchen Mitteln welche Erkenntnisse über den Zustand einer Maschine erhalten werden können.

The energy market has changed drastically in the recent years. Fossil power plants are more and more replaced by RES like photovoltaic and wind power. Because of their volatile energy production, powerful balancing mechanisms are required to keep production and consumption in balance. Hydro turbines are very useful for fulfilling these requirements, because their power output can be controlled easily. This leads to increased operation in critical load ranges, whereby the lifetime of the machine can be heavily reduced and prematurely and uncontrolled failures can increase dramatically. To avoid this, it is absolutely necessary to monitor the condition of such machines operating in critical load regimes. For this purpose, the basic flow phenomena occurring at different power ranges and the possibilities of machine condition monitoring are discussed in the theoretical part of this thesis. This basic knowledge is applied in the practical part, where measuring data of a prototype measurement are analysed. In the end it should be answered which resources are necessary to obtain a specifc amount of knowledge about the operating condition of a hydro power plant.