Trykkpulsasjoner inne i et Francis løpehjul

Abstract

I denne masteroppgaven har trykk- og strekklappmålinger vært gjennomført på Francis-99 løpehjulet, ved Vannkraftlaboratoriet på NTNU. Målingene ble gjennomført ved bruk av trykksensorer montert i bosset på løpehjulet, i tillegg til flush monterte sensorer i omdreiningshulrommet og sugerørskonusen. Strekk ble målt på en løpehjulsskovl ved bruk av én strekklapp. Steady state målinger ble gjennomført for å identifisere frekvensene i systemet og for å korrelere frekvensene og amplitudene på strekklappen til de omliggende trykkmålingene. Deretter ble transiente målinger gjennomført for å undersøke amplitudeforløpet til den mest dominerende frekvensen i løpehjulet ved lastvariasjon. De gjennomførte målingene ble analysert ved bruk av Fast Fourier Transformasjon og Short-Time Fourier Transformasjon i Matlab.

Målingene ble gjennomført under tilfredsstillende lab forhold, med lav usikkerhet relatert til trykkmålinene i løpehjulet. Analysen viser en tett korrelasjon mellom observerte frekvenser på strekklappen og trykkpulsasjonene i løpehjulet. Ledeskovlfrekvensen blir ofte observert som den største kilden til vibrasjon. Andre harmonien ser imidlertid ut til å forsterkes i strekklappsignalet på grunn av faseforskyvningen til vakene som går inn i de omliggende hydrauliske kanalene. Den elastiske bølgen mellom turbinen og sugerørstanken ser også ut til å ha en større relativ amplitude i strekklappsignalet, og kan potensielt foråsake ytterligere belastning på løpehjulet. Fraværet av den synkrone komponenten av Rheinegans frekvensen i strekklappmålingene antyder at den asynkrone komponenten er den dominerende kilden til mekanisk eksitasjon forårsaket av Rheinegans frekvensen.

Det transiente amplitudeforløpet til ledeskovlfrekvensen i løpehjulet viser ingen tegn til økning i amplitude som følge av endringen i ledeskovlsåpning. Dermed ser ikke amplitudeforløpet til ledeskovlsfrekvensen ut til å øke belastningen på turbinen.