Svensk Vattenkraft 1
Nya metoder för att optimera verkningsgraden på k
aplanturbiner Det är verkligen roligt när man efter över trettio år i branschen hittar en ny metod som möjliggör enklare förfarande utan avkall på noggrannheten! Ordspråket ”Nöden är uppfinningarna moder” blev verklighet när jag vid en turbinprovning inte kunde mäta ”rätt” parameter utan tvingades analysera de mätdata som var tillgängliga. Till min förvåning korrelerade effektpulsationerna väldigt väl med optimal verkningsgrad. Vid efterföljande turbinprovningar med konventionella metoder har effektmetoden använts parallellt i valideringssyfte och numera litar vi så mycket på metoden att vi enbart använder den om det inte av andra skäl krävs en konventionell metod. Den stora fördelen med en kaplanturbin är att inte bara ledskenorna, utan även löpskovlarna (bladen) är reglerbara. Det gör det möjligt att uppnå en god verkningsgrad över ett brett flödesområde vanligen 25 till 100 %. Det optimala sambandet kallas ”kombinering” och provas fram genom att man ställer in en viss bladvinkel och sedan provar olika ledskeneöppningar tills man hittat den som ger högst verkningsgrad. Det som har mest inflytande på verkningsgraden är energin i virvlarna efter löphjulet. Energin i en virvel som bildas vid löphjulsnavet går fullständigt förlorad medan energin från en virvel vid sugrörskonan till mycket stor del kan återvinnas. Bäst verkningsgrad uppnås följaktligen då utströmningen vid navet är virvelfri. Det finns flera konventionella metoder som ”vi” använt regelbundet sedan kaplanturbiner kom i bruk. Vi har under senare tid utvecklat två nya metoder som båda är tillförlitliga och kostnadseffektiva vilket gör dem särskilt lämpade för småskaliga anläggningar. De konventionella metoderna mäter någon parameter som är relaterad till flödet och kallas därför indexprov. De är baserade på verkningsgradsförändringar och ger förutom kombineringen en verkningsgradskurva som kan vara användbar vid planering av driften. 12 % för liten ledskeneöppning. Kraftig utströmning på vänster sida, åt vänster Denna artikel handlar om ”kombineringsprov” som endast syftar till att fastställa rätt kombinering. De första två metoderna är grova och används därför inte som primärmetoder men däremot som kvalitetssäkring av konventionella indexprov. 1: Utströmningen ur sugröret 2: Effektknyck De nya metoderna vi utvecklat bygger på analys av instabilitet i strömningen som uppkommer vid felaktig kombinering: 3: Tryckpulsationer på sugrörskonan 4: Effektpulsationer 1: Utströmningen ur sugröret. Denna metod bygger på att virvlarna efter löphjulet förflyttar sig till sugrörsutloppet där de kan observeras med ögat. Kombineringen är optimal när rotation vid navet är noll men viss medrotation finns vid sugrörskonan. Vanligtvis roterar en turbin medsols. Eftersom en del av virveln inte låter sig krökas av sugrörskröken medför det att strömningen blir kraftigare på sugrörsutloppets vänstra sida(sett i strömningsriktningen). Denna metod är så grov att endast fel överstigande 10 % på ledskeneöppningen, motsvarande c:a 4 % på verkningsgraden, kan observeras. Huvudprincipen är: - Kraftig strömning på vänster sida, riktad åt vänster: För liten ledskeneöppning - Kraftig strömning på vänster sida riktad rakt nedströms: Rätt kombinering - Utströmning även på höger sida. Hela utloppet ”kokar”: För stor ledskeneöppning 10 % för stor ledskeneöppning. Utströmning även på höger sida. Vattnet ”kokar” 18 SVENSK VATTENKRAFT #4 2019 Rätt kombinerad turbin. Utströmning på vänster sida