Vattenkraftens bidrag till den svenska elproduktionen blir allt viktigare i takt med att andelen förnyelsebarakällor som ansluts till elnätet ökar. I dag består Sveriges elmix av ca 45% vattenkraft, där den fungerar som både bas- och reglerkraft. Med ett system som byggs upp med fler intermittenta källor (sol och vind) och färre synkrona generatorer (kärnkraft) behöver vattenturbinerna verka inom ett större driftområde och omställningarna mellan driftsätt spås ske oftare längre fram. En mer varierad drift av turbinerna bidrar inte bara till en reglerbar elproduktion utan också till mer slitage på delarna i turbinen. Det är därför av intresse att undersöka hur turbinens delar påverkas vid olika driftsätt. Företaget Uniper är den tredje största elproducenten i Sverige, med 76 hel- och delägda vattenkraftverk. I ett av dessa kraftverk har sprickbildning i den kring gjutna betongen i löphjulskammare och sugröret uppkommit. Ett antal åtgärder har vidtagits, bland annat genom att byta ut betong och förbättra svetsfogar, utan att sprickbildningen upphört. I en vattenturbin är flödet icke stationärt, vilket innebär att tryckstötar och vattenfenomen uppkommer under drift. Dessa bidrar till slitage och kan vara en orsak till sprickbildning. Syftet med detta examensarbete var därför att öka förståelsen kring vilka tryck och spänningar som uppkommer i löphjulskammaren för en kaplanturbin utan sprickbildning vid olika driftfall. Detta genom att utföra tryck- och spänningsmätningar i löphjulskammaren på turbin G2 i Moforsens vattenkraftverk, samt analysera de uppmätta värdena och jämföra resultaten mot FEM-beräkningar. Eftersom det är begränsat med tidigare arbeten inom området var målet med arbetet att kunna använda resultaten och jämföra det mot resultat från det kraftverk som berörs av sprickbildning. Mätutrustningen som användes under mätningarna var töjningsgivare, accelerometrar och tryckgivare. Mätningarna utfördes under olika driftförhållanden, där insamlat data från stationär körning mellan 20 MW och 50 MW med steg om 5 MW, lastkörning, snabbstopp och normalstopp analyserades. Utifrån analysen av de uppmätta värdena kunde det konstateras att den dominanta frekvensen för både tryck- och töjningssignalerna var bladpassagefrekvensen. Den tryckökning som observerades vid skovelpassagen antog en sågtandsform för de uppmätta värdena efter att en kurvanpassning utförts. Kurvanpassning genomfördes eftersom vissa mätsignaler från tryckgivarna genererade orimligt höga mätvärden som tros komma från den stående vågens frekvens i givaren och röret. För stationär drift över 30 MW var de uppmätta värdena lägre än det ansatta värdet i FEM-beräkningarna. Där den minsta skillnaden var för givaren placerad i höjd med skovelbladet på 35% respektive 16%, när skovelbladet var 100% respektive 50% öppet. Samma tendens fanns vid jämförelse av töjning mellan de uppmätta och beräknade värdena. Där var dock skillnaden för 50% öppnat skovelblad 9% respektive 1% för tangentiell och axiell töjning och för 100% öppen 32% respektive 40%. Nästa steg i arbetet är att genomföra liknande mätningar på de kraftverk som berörs utav sprickbildning och sedan jämföra de resultaten mot de resultat som uppkommit i detta arbete. Det möjliggör en undersökning mellan vilka tryck- och spänningsskillnader det finns för två turbiner med liknande egenskaper, där den ena berörs av sprickbildning.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:UPSALLA1/oai:DiVA.org:ltu-85278 |
| Date | January 2021 |
| Creators | Arnesson, Anna |
| Publisher | Luleå tekniska universitet, Institutionen för teknikvetenskap och matematik |
| Source Sets | DiVA Archive at Upsalla University |
| Language | Swedish |
| Detected Language | Swedish |
| Type | Student thesis, info:eu-repo/semantics/bachelorThesis, text |
| Format | application/pdf |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
Page generated in 0.0027 seconds