Refurbishment: Geometrische Rekonstruktionen von Kaplan-Laufschaufeln

Bei Wasserkraftanlagen, die bereits seit Jahrzehnten in Betrieb sind, stellt sich oftmals die Frage, wie weitreichend Refurbishment-Maßnahmen umgesetzt werden. Die Möglichkeiten reichen dabei von einem Austausch einzelner Komponenten bis hin zu einer vollständigen Sanierung der Anlage mit Redesign der hydraulischen Komponenten. Vor allem im Leistungsbereich von nur wenigen 100 kW wird aus Kostengründen oftmals nur versucht, die Originalgeometrie so gut wie möglich zu rekonstruieren – was im Falle stark verschlissener Komponenten mit entsprechenden Schwierigkeiten verbunden sein kann.

Eine Voraussetzung dafür ist die Existenz von 3D-CAD-Daten der Originalschaufel der Turbine aus einem Oberflächenscan. Die mit der Rekonstruktion der Originalgeometrie verbundenen Probleme sind vor allem stark gewellte Oberflächen, Ein- und Austrittskanten mit Ausbrüchen und die Tatsache, dass die ursprüngliche Profilierung nur an wenigen Stellen erhalten ist.

Für die geometrischen Rekonstruktion der Laufschaufeln der Kaplan-Turbine wurden die Softwarepakete CATIA sowie CFX-build verwendet. In Bereichen, in denen die Profilierung noch ausreichend wiedergegeben wird, wurde die Schaufelfläche mit Kugeln geschnitten. Entlang der resultierenden Schnittlinien wurden automatisiert etwa 200 Datenpunkte je Profil erzeugt und exportiert.

Anhand der x-/y-/z-Stützpunkte erfolgte schließlich der Wiederaufbau der Schaufelfläche der Kaplan-Turbine im Softwarepaket CFX-build. Unter Verwendung von CATIA erfolgte schlussendlich die Verschneidung der Schaufelfläche mit Zapfen sowie die Anbringung von Verrundungen.