Im Rahmen des SCCER-Forschungsprogrammes (Swiss Competence Center for Energy Research) führten wir von 2016 bis 2019 zusammen mit den Hochschulpartnern EPFL Lausanne und HES-SO Sion ein grundlegendes und aufwändiges Forschungsprojekt an den Francisturbinen des Kraftwerks Grimsel 2 durch. 
An den Turbinen traten unerwartet früh Ermüdungsrisse auf, es war jedoch nicht klar, weshalb. Ziel des Projektes war es, Messungen auf dem Laufrad mit Messungen von ausserhalb der Maschine zu vergleichen, um daraus Rückschlüsse auf schädliche Mechanismen gewinnen zu können. Hierzu brachten wir Dehnungsmessstreifen und Beschleunigungssensoren auf dem Laufrad an und massen die Belastungen während des Betriebs. An der Maschine zeichneten wir Betriebsdaten, Vibrationen und Lärmentwicklung auf. Parallel dazu wurde die Turbine im CAD modelliert und es wurden gekoppelte CFDund FEM- (FSI-) Simulationen durchgeführt. So konnte nachgewiesen werden, dass die Maschine während des Synchronisierens grossen Belastungen ausgesetzt ist und das Laufrad durch eine seiner Eigenfrequenzen zum Schwingen angeregt wird. Ebenso erkannten wir, dass während des Abstellens unerwartet grosse Belastungen auf die Turbinenschaufeln wirken. Dadurch treten Belastungen weit oberhalb des Auslegungsbereiches auf, was die Ermüdungsanzeichen bestätigt. Die schädlichen Frequenzen konnten mit der Instrumentierung ausserhalb der Maschine gemessen werden, so dass weitere Optimierungsmassnahmen ohne grossen Aufwand durch Messungen untersucht werden können. Derzeit werden erste Massnahmen umgesetzt, um die Belastung für die Laufräder zu verringern und die Standzeit derselben zu erhöhen. Dank des Projektes haben wir umfangreiches Know-how über die komplizierten Ermüdungsvorgänge bei einer Francisturbine aufgebaut. Ein herzliches Dankeschön gebührt unseren Projektpartnern von den Hochschulen Lausanne und Sion sowie dem SCCER unter Obhut der KTI (Kommission für Technologie und Innovation) zur Ermöglichung dieser grundlegenden Arbeit.
Für mehr Informationen steht Ihnen folgende Veröffentlichungsliste zur Verfügung:
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2019 |
On-board measurements at a 100MW High-Head Francis Turbine, Wasser Wirtschaft Extra S1 2019 |
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2019 |
Hydro-structural stability investigation of a 100 MW Francis turbine based on experimental tests and numerical simulations, IAHRWG 2019, Stuttgart, Deutschland |
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2019
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Detection of harsh operating conditions on a Francis prototype based on in-situ non-intrusive measurements, Hydro 2019 Porto, Portugal |
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2018 |
On-Board Measurements At A 100MW High-Head Francis Turbine, 20th International Seminar on Hydropower Plants, Wien, Österreich |
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2018 |
A challenging puzzle to extend the runner lifetime of a 100 MW Francis turbine, Hydro 2018 Gdansk, Polen |
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2018 |
Experimental and numerical investigations of a high-head pumped-storage power plant at speed-no-load, 29th IAHR congress, Kyoto, Japan |
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2017 |
Challenging onboard measurements in a 100 MW high-head Francis Turbine prototype, SCCER-SoE Annual Conf. 2017, Birmensdorf, Schweiz |