Druckstoßberechnung eines geplanten Kraftwerksprojekts
Das Institut für hydraulische Strömungsmaschinen wurde von den Kraftwerksplanern beauftragt, die Druckstoßberechnungen für ein grenzübergreifendes Kraftwerksprojekt, das für rund 90.000 Privathaushalte sauberen Strom aus Wasserkraft produzieren wird, durchzuführen. Durch einen mehr als 20 km langen, unterirdischen Stollen wird das Wasser zum Wasserschloss geleitet. Von dort führt ein ebenfalls im Berg verlegter Druckabstieg zum Krafthaus, in dem zwei Francis-Turbinen untergebracht sind.
Mit Hilfe der instationären, eindimensionalen numerischen Berechnungen soll das transiente Verhalten der hydraulischen Anlage des Kraftwerks untersucht werden. Dabei sind sowohl Massenschwingungen als auch maximal auftretende Druckstöße von Interesse. Für die relevanten Kraftwerkskomponenten wurden eigens programmierte Programm-Module verwendet, um eine möglichst detailgetreue Abbildung des Kraftwerkschemas zu erlauben. Dadurch können auch bestimmte Parameter und Phänomene, wie etwa die Maschinendrehzahl bei Lastabwurf oder eine mögliche Spiegeltrennung der freien Wasserspiegel im Kammerwasserschloss abgebildet werden.
Fragestellungen und Lastfälle, die dabei behandelt werden sind das Anfahren der Anlage von Stillstand auf Volllast, ein Leitapparat-Notschluss beider Turbinen, ein simultaner Lastabwurf beider Turbinen, der zyklische Betrieb der Anlage in Resonanz zur Wasserschloss-Schwingung und das Wiederanfahren der Anlage auf Volllast nach einem Notschluss bzw. Lastabwurf
Da sich das Kraftwerksprojekt erst in der Planungsphase befindet, sind zusätzlich zu den eben genannten Belastungen auch die maximal zu erwartenden Innendrücke in den Rohrleitungen relevant, um diese bzw. deren Wandstärke richtig zu dimensionieren.
Die Ergebnisse der Druckstoßberechnungen lieferten einerseits für den Auftraggeber Aufschlüsse über die zu erwartenden Druckverluste und somit auf die realisierbaren Anlagenleistungen. Andererseits ergaben sich wichtige Informationen über das Wasserschlossverhalten, welches die umsetzbaren Betriebsweisen der Kraftwerksanlage beeinflusst. Die Erkenntnisse fließen ebenfalls in die Planung der Anlage ein und bestimmen mit, wie das Wasserschloss schlussendlich ausgeführt wird.
