Refurbishment: Hydraulikneuentwicklung einer historischen Francis-Turbine

Im Zuge der Überholung einer doppelflutigen Francisturbinenanlage aus dem Jahre 1920 wurde ein neues Laufrad mit verbesserter Effizienz entwickelt. Für die Neuauslegung standen umfangreiche Messdaten, sowie ein 3D-Scan des alten Laufrades zur Verfügung.

Nenndaten Francis-Turbine:

Fallhöhe H = 5m
Qnenn (80 %) = 24 m³/s
Qmax (100 %) = 30 m³/s
Qoverload = 33 m³/s
Drehzahl n = 55 U/min
Spezifische Drehzahl nq = 80,26 U/min

Das alte Laufrad wurde ausgehend von der durch den 3D-Scan erzeugten Punktewolke modelliert, und es wurde eine Berechnung des so erhaltenen Originallaufrades durchgeführt. Es zeigte sich, dass die numerische Simulation (3D-CFD) mit den Messdaten sehr gut übereinstimmt. Somit konnte mit der Optimierung des Laufrades begonnen werden. Es wurden mehrere Varianten untersucht und auf Wunsch des Auftraggebers die Schaufeln in die bestehende Strömungskontur eingepasst, um zusätzliche Umbauten zu vermeiden.

Refurbishment Francis-Turbine: Plan der alten Anlage

Messdaten Francis-Turbine: knapp 75% des Jahresertrag werden mit Leistungen >1,5 MW erzielt — Messdaten Francis-Turbine: knapp 75% der Jahresarbeit / Jahresertrag werden mit Leistungen >1,5 MW erzielt

Ergebnisse

Durch die Optimierung konnte der Wirkungsgrad der Franis-Turbine signifikant verbessert und die Leistung über den gesamten Einsatzbereich um 10-15% gesteigert werden.