Com o intuito de otimizar o projeto de unidades hidrogeradoras e, por conseguinte, aumentar a sua disponibilidade, uma previsão mais precisa do seu comportamento dinâmico é de fundamental importância. Assim, o presente trabalho se propôs a modelar uma unidade hidrogeradora de forma mais completa, considerando os efeitos do empuxo magnético, mancais, perturbações hidráulicas, desbalanceamento e selos labirintos de turbina Francis. A partir do modelo construído, foram realizadas análises modais, temporais e espectrais. Os resultados numéricos são comparados com os dados experimentais de uma unidade hidrogeradora de grande porte. Tanto sinais de tendência temporal, como órbitas, e espectros de frequência dos fenômenos envolvidos são analisados e comparados. Dessa forma, pretende-se obter o modelo menos complexo possível, mas que seja capaz de representar de forma aceitável a dinâmica da unidade hidrogeradora sujeita a diferentes condições de operação. A maior dificuldade encontrada foi na representação das excitações externas ao sistema, principalmente quando a máquina está operando em regime parcial. Constatou-se uma importante influência do selo labirinto na simulação do comportamento dinâmica da turbina Francis operando em carga parcial. Ao final, os aspectos do modelo que podem ser aprimorados são discutidos. / In order to optimize the design of hydro-generating units and therefore increase their availability, a more accurate forecast of their dynamic behavior is of fundamental importance. Thus, the present work has proposed to model a more complete hydrogenerator unit, considering the effects of magnetic pull, guide bearings, hydraulic perturbations, unbalance and Francis turbine labyrinths. From the this model, modal, temporal and spectral analyzes were performed. The numerical results are compared with experimental data of a large hydrogenerator unit. Temporal trend signals, orbits and frequency spectrum of the phenomena involved are analyzed and compared. In this way, it is intended to obtain the less complex model possible, but that is able to represent in an acceptable way the dynamics of the hydrogenerator unit under different operation conditions. The greatest difficulty found was in the representation of external excitations to the system, mainly under partial load. It was observed an important influence of the labyrinth seal in the simulation of the dynamic behavior of the Francis turbine operating in partial load. Finally, aspects of the model that can to be improved are discussed.

Com o intuito de otimizar o projeto de unidades hidrogeradoras e, por conseguinte, aumentar a sua disponibilidade, uma previsão mais precisa do seu comportamento dinâmico é de fundamental importância. Assim, o presente trabalho se propôs a modelar uma unidade hidrogeradora de forma mais completa, considerando os efeitos do empuxo magnético, mancais, perturbações hidráulicas, desbalanceamento e selos labirintos de turbina Francis. A partir do modelo construído, foram realizadas análises modais, temporais e espectrais. Os resultados numéricos são comparados com os dados experimentais de uma unidade hidrogeradora de grande porte. Tanto sinais de tendência temporal, como órbitas, e espectros de frequência dos fenômenos envolvidos são analisados e comparados. Dessa forma, pretende-se obter o modelo menos complexo possível, mas que seja capaz de representar de forma aceitável a dinâmica da unidade hidrogeradora sujeita a diferentes condições de operação. A maior dificuldade encontrada foi na representação das excitações externas ao sistema, principalmente quando a máquina está operando em regime parcial. Constatou-se uma importante influência do selo labirinto na simulação do comportamento dinâmica da turbina Francis operando em carga parcial. Ao final, os aspectos do modelo que podem ser aprimorados são discutidos. / In order to optimize the design of hydro-generating units and therefore increase their availability, a more accurate forecast of their dynamic behavior is of fundamental importance. Thus, the present work has proposed to model a more complete hydrogenerator unit, considering the effects of magnetic pull, guide bearings, hydraulic perturbations, unbalance and Francis turbine labyrinths. From the this model, modal, temporal and spectral analyzes were performed. The numerical results are compared with experimental data of a large hydrogenerator unit. Temporal trend signals, orbits and frequency spectrum of the phenomena involved are analyzed and compared. In this way, it is intended to obtain the less complex model possible, but that is able to represent in an acceptable way the dynamics of the hydrogenerator unit under different operation conditions. The greatest difficulty found was in the representation of external excitations to the system, mainly under partial load. It was observed an important influence of the labyrinth seal in the simulation of the dynamic behavior of the Francis turbine operating in partial load. Finally, aspects of the model that can to be improved are discussed.

The aim of this diploma thesis is a concept of hydraulic (hydrostatic) circuit of rail – road vehicle drive for the drive on communication and railway. As my work is not related to a specific type of road vehicle dedicated to a drive on railway, my work is of strictly reference nature. On request I was provided by Bosh Rexroth s.r.o. with a hydraulic scheme of two-way undercarriage (see appendix), which is also a source material for the new concept. My work is focused on interests of SaZ s.r.o., which deals with the development and rebuilding of road vehicles into rail – road vehicles. The first phase is focused on the choice of the most convenient component of railway undercarriage in accord with the assignment. The second phase is oriented on the calculation of travel parameters, dimensioning of systems with concretization of typal mark of components. A part of the second phase is also a concept of hydraulic braking system of rail undercarriage. After that follows a complete evaluation, eventually an alternative solution of given problem.

The objective of the present work is to determinate the pressure drop and the heat transfer coefficients, normally applied to analytical calculations of hydrogenerators thermal design, obtained by applying numerical calculation (Computational Fluid Dynamics - CFD) and validated by experimental results and field measurements. The object of study is limited to the most important region of the ventilation system (the cooling air ducts of stator core) to get numerical results of heat transfer and pressure drop coefficients, which are impacted mostly by the entrance of air ducts. The numerical calculations considered three-dimensional, steady-state, incompressible and turbulent flow; and were based on the Finite Volume methodology. The turbulent flow computations were carried out with procedures based on RANS equations by selecting k-omega SST (Shear-Stress Transport) as turbulence model. Grid quality metrics were monitored and the uncertainties due to discretization errors were evaluated by means of a grid independence study and application of an uncertainty estimation procedure based on Richardson extrapolation. The validation of numerical method developed by the present work (specifically to simulate the flow dynamics behavior and to obtain numerically the pressure drop coefficient of the airflow to enter and pass through the Stator Core Air Duct in a hydrogenerator) is performed by comparing the numerical results to experimental data published by Wustmann (2005). The reference experimental data were obtained by a model test. The comparison between numerical and experimental results shows that the difference of pressure drop for Reynolds numbers higher than 5000 is 2% at maximum, while for lower Reynolds numbers, the difference increases significantly and reaches 10%. It is presented that the most reasonable hypothesis for higher discrepancy at lower Reynolds numbers can be assigned to the experiment\'s non-steady-state condition. It is to conclude that the proposed numerical method is validated for the upper region of the analyzed range. Additionally to the model test validation, field measurements were executed in order to confirm numerical results. Measurements of pressure drop in the stator core of a real hydrogenerator were a challenge. Nevertheless, despite all the difficulties and considerable high field measuring uncertainties, trend curves behavior are similar to numerical results. Finally, series of numerical calculation, varying geometrical parameters of the air-duct inlet design and operational data, were done in order to obtain pressure drop coefficients trend curves to be directly applied to analytical calculation routines of whole hydrogenerator ventilation systems. Parallel to it, thermal numerical calculation was executed in the prototype simulation in order to define the convective heat transfer coefficient. / O objetivo do presente trabalho é determinar os coeficientes de perda de carga e transferência de calor, normalmente aplicados nos cálculos analíticos de design térmico de hidrogeradores, obtido pela aplicação de cálculo numérico (Computacional Fluid Dynamics - CFD) e validado por resultados experimentais e medições de campo. O objeto de estudo é limitado à região mais importante do sistema de ventilação (os dutos de ar de arrefecimento do núcleo do estator) para obter resultados numéricos dos coeficientes de transferência de calor e de perda de carga, que são impactados principalmente pela entrada de dutos de ar. Os cálculos numéricos consideraram escoamentos tridimensionais, em regime permanente, incompressíveis e turbulentos; e foram baseados no método dos volumes finitos. Os cálculos de escoamento turbulento foram realizados com procedimentos baseados em equações médias (RANS), utilizando o modelo k-omega SST (Shear-Stress Transport) como modelo de turbulência. Métricas de qualidade de malha foram monitoradas e as incertezas devido à erros de discretização foram avaliadas por meio de um estudo de independência de malha e aplicação de um procedimento de estimativa de incertezas com base na extrapolação de Richardson. A validação do método numérico desenvolvido pelo presente trabalho (especificamente para simular o comportamento dinâmico do escoamento e obter numericamente o coeficiente de perda de carga do escoamento ao entrar no duto de ar e atravessar o núcleo do estator de um hidrogerador) é realizada comparando os resultados numéricos com dados experimentais publicados por Wustmann (2005). Os dados experimentais foram obtidos como referência por um teste de modelo. A comparação entre os resultados numéricos e experimentais mostra que a diferença da perda de carga para números de Reynolds mais elevados do que 5000 é no máximo de 2%, enquanto que para números de Reynolds inferiores, a diferença aumenta significativamente e atinge 10%. A hipótese mais razoável para a maior discrepância para número de Reynolds menores é a possível influência de instabilidades do escoamento no experimento, fazendo com que o regime seja não-permanente. Conclui-se que o método numérico proposto é validado para a região superior do intervalo analisado. Além da validação pelo ensaio de modelo, medições de campo foram executadas, a fim de confirmar os resultados numéricos. As medições de perda de carga no núcleo do estator de um hidrogerador real era um desafio. No entanto, apesar de todas as dificuldades e consideráveis incertezas da medição campo, o comportamento das curvas de tendência ficou alinhado com resultados numéricos. Finalmente, uma série de cálculos numéricos, variando parâmetros geométricos do design da entrada do duto de ar e dados operacionais, foram executados a fim de se obter curvas de tendência para coeficientes de perda de carga (resultados deste trabalho) a serem aplicadas diretamente à rotinas de cálculos analíticos de sistemas completos de ventilação de hidrogeradores. Paralelamente à isso, o cálculo térmico numérico foi executado na simulação do protótipo, a fim de se definir o coeficiente de transferência de calor por convecção.

The objective of the present work is to determinate the pressure drop and the heat transfer coefficients, normally applied to analytical calculations of hydrogenerators thermal design, obtained by applying numerical calculation (Computational Fluid Dynamics - CFD) and validated by experimental results and field measurements. The object of study is limited to the most important region of the ventilation system (the cooling air ducts of stator core) to get numerical results of heat transfer and pressure drop coefficients, which are impacted mostly by the entrance of air ducts. The numerical calculations considered three-dimensional, steady-state, incompressible and turbulent flow; and were based on the Finite Volume methodology. The turbulent flow computations were carried out with procedures based on RANS equations by selecting k-omega SST (Shear-Stress Transport) as turbulence model. Grid quality metrics were monitored and the uncertainties due to discretization errors were evaluated by means of a grid independence study and application of an uncertainty estimation procedure based on Richardson extrapolation. The validation of numerical method developed by the present work (specifically to simulate the flow dynamics behavior and to obtain numerically the pressure drop coefficient of the airflow to enter and pass through the Stator Core Air Duct in a hydrogenerator) is performed by comparing the numerical results to experimental data published by Wustmann (2005). The reference experimental data were obtained by a model test. The comparison between numerical and experimental results shows that the difference of pressure drop for Reynolds numbers higher than 5000 is 2% at maximum, while for lower Reynolds numbers, the difference increases significantly and reaches 10%. It is presented that the most reasonable hypothesis for higher discrepancy at lower Reynolds numbers can be assigned to the experiment\'s non-steady-state condition. It is to conclude that the proposed numerical method is validated for the upper region of the analyzed range. Additionally to the model test validation, field measurements were executed in order to confirm numerical results. Measurements of pressure drop in the stator core of a real hydrogenerator were a challenge. Nevertheless, despite all the difficulties and considerable high field measuring uncertainties, trend curves behavior are similar to numerical results. Finally, series of numerical calculation, varying geometrical parameters of the air-duct inlet design and operational data, were done in order to obtain pressure drop coefficients trend curves to be directly applied to analytical calculation routines of whole hydrogenerator ventilation systems. Parallel to it, thermal numerical calculation was executed in the prototype simulation in order to define the convective heat transfer coefficient. / O objetivo do presente trabalho é determinar os coeficientes de perda de carga e transferência de calor, normalmente aplicados nos cálculos analíticos de design térmico de hidrogeradores, obtido pela aplicação de cálculo numérico (Computacional Fluid Dynamics - CFD) e validado por resultados experimentais e medições de campo. O objeto de estudo é limitado à região mais importante do sistema de ventilação (os dutos de ar de arrefecimento do núcleo do estator) para obter resultados numéricos dos coeficientes de transferência de calor e de perda de carga, que são impactados principalmente pela entrada de dutos de ar. Os cálculos numéricos consideraram escoamentos tridimensionais, em regime permanente, incompressíveis e turbulentos; e foram baseados no método dos volumes finitos. Os cálculos de escoamento turbulento foram realizados com procedimentos baseados em equações médias (RANS), utilizando o modelo k-omega SST (Shear-Stress Transport) como modelo de turbulência. Métricas de qualidade de malha foram monitoradas e as incertezas devido à erros de discretização foram avaliadas por meio de um estudo de independência de malha e aplicação de um procedimento de estimativa de incertezas com base na extrapolação de Richardson. A validação do método numérico desenvolvido pelo presente trabalho (especificamente para simular o comportamento dinâmico do escoamento e obter numericamente o coeficiente de perda de carga do escoamento ao entrar no duto de ar e atravessar o núcleo do estator de um hidrogerador) é realizada comparando os resultados numéricos com dados experimentais publicados por Wustmann (2005). Os dados experimentais foram obtidos como referência por um teste de modelo. A comparação entre os resultados numéricos e experimentais mostra que a diferença da perda de carga para números de Reynolds mais elevados do que 5000 é no máximo de 2%, enquanto que para números de Reynolds inferiores, a diferença aumenta significativamente e atinge 10%. A hipótese mais razoável para a maior discrepância para número de Reynolds menores é a possível influência de instabilidades do escoamento no experimento, fazendo com que o regime seja não-permanente. Conclui-se que o método numérico proposto é validado para a região superior do intervalo analisado. Além da validação pelo ensaio de modelo, medições de campo foram executadas, a fim de confirmar os resultados numéricos. As medições de perda de carga no núcleo do estator de um hidrogerador real era um desafio. No entanto, apesar de todas as dificuldades e consideráveis incertezas da medição campo, o comportamento das curvas de tendência ficou alinhado com resultados numéricos. Finalmente, uma série de cálculos numéricos, variando parâmetros geométricos do design da entrada do duto de ar e dados operacionais, foram executados a fim de se obter curvas de tendência para coeficientes de perda de carga (resultados deste trabalho) a serem aplicadas diretamente à rotinas de cálculos analíticos de sistemas completos de ventilação de hidrogeradores. Paralelamente à isso, o cálculo térmico numérico foi executado na simulação do protótipo, a fim de se definir o coeficiente de transferência de calor por convecção.

This thesis deals with design of hydrostatic drive for multipurpose loader and tool carrier DAPPER. At the beginning is research of different basic concepts and modern solutions to the problem, aided by a detailed description of competitive machine in the same performance category. Extensive comparison with other producers is included in the annexes to this thesis. Furthermore, a theoretical driving characteristic and its appropriateness is examined further on the basis of two model situations. The calculations of the individual components of the hydraulic circuit precedes drive kinematics analysis of articulated machine frame, on it final conception of hydrostatic drive is chosen. Firstly hydromotors and hydogenerator are chosen on the grounds of calculations then hydraulic hoses, filters and flow divider. Next chapters are aimed to calculations of hydraulic losses and thermal calculation of hydraulic circuit. Final part deals with introduction the final characteristics of drive. The practical parts of the work are assembly drawings with main power components and hydraulic schematic of drive.