Jet_iv - Strahlgeschwindigkeiten in Gehäusen von Peltonturbinen

ANLASS, PROBLEMSTELLUNG. Ein Ergebnis der Untersuchungen über Entgasungsprozesse in Unterwasserkanälen von Peltonturbinen war, dass die Strömungsprozesse maßgebend von den hydraulischen Vorgängen im Gehäuse bestimmt sind. Die Kenntnis der Verteilung des von den Peltonbechern abströmenden Wassers im Gehäuse und die daraus resultierenden Eingasungsvorgänge sind u.a für die Festlegung des Freihanges von Bedeutung, der vom Niveau des Wasser-Luft Gemisches unterhalb des Laufrades abhängt. Zudem ist dieses Wissen für eine optimale Auslegung der Gehäuse fundamental. Die Auswertung der Entgasungsmessungen in Unterwasserkananälen zeigte, dass der entscheidende Parameter, nämlich die Blasensteiggeschwindigkeit, um ca. den Faktor 2 schwanken kann. Der Haupteinfluss darauf wird derzeit in der Turbulenz vermutet, die durch die aus dem Peltongehäuse herabfallenden Strahlen induziert wird. Ein weiterer wichtiger Parameter für die Entgasungsvorgänge ist der Anfangsluftgehalt direkt unterhalb des Laufrades, für den zwar grobe Abschätzungen existieren, eine detaillierte Beschreibung der komplexen physikalischen Vorgänge fehlt aber derzeit. Zudem rückt die numerische Simulation der Strömungsvorgänge in Peltongehäusen in letzter Zeit immer mehr in den Vordergrund, um Anlagenwirkungsgrade bzw. die Möglichkeit der Leistungserhöhung bestehender Anlagen beurteilen zu können. LÖSUNGSANSATZ, METHODIK Messungen an einer Modellturbine und einer Prototypturbine sollen im Rahmen dieses Forschungsprojektes erste grundlegende Aufschlüsse über Strahlgeschwindigkeiten und zugeordnete Turbulenzen im Turbinengehäuse und im Unterwasser, bzw. die flächenmäßige Verteilung der herabfallenden Strahlen ergeben. Aus Gründen der Vergleichbarkeit bzw. Rotationsymmetrie ist vorgesehen, die Versuche an vorhandenen vertikalen sechsdüsigen Turbinen (Modellturbine und Prototyp) durchzuführen. Auf Grundlage von Messungen, die an der EPFL in Laussanne zur Untersuchung der Stabilität von Naturtosbecken durchgeführt wurden (Bollaert, 2002), werden dynamische Direktdruckaufnehmer im Turbinenschacht installiert; aus den Messwerten der Drücke können die interessierenden Parameter rückgerechnet werden. ERWARTETER NUTZEN Die erwarteten Ergebnisse sollen den Kenntnisstand über die Gehäuseströmung erweitern. Diese sollen zukünftig als Grundlage für die Beurteilung von Anlagenwirkungsgraden dienen sowie Richtwerte bei Leistungserhöhungen bestehender Anlagen bereit stellen. Zudem sollen die Messergebnisse als Kalibrierung von weiterführenden CFD Berechnungen der Gehäuseströmung herangezogen werden. Da gemäß Literatur die Strahlgeschwindigkeit und dicke sowie die Turbulenz für den Lufteintrag von grundlegender Bedeutung sind, können mit den gewonnenen Messergebnissen wertvolle Basiswerte für die Berechnung der Anfangsluftgehalte in den Unterwasserkanälen (Freihang) und der weiteren Entgasung zur Verfügung gestellt werden. Für Auswirkungen von (Montage-) Rechen, die den Lufteintrag in das Unterwasser beeinflussen können, werden ebenfalls grundlegende Erkenntnisse gewonnen.