Download - FRANCIS TYPE TURBINE
-
8/12/2019 FRANCIS TYPE TURBINE
1/102
Master of Science in Energy and EnvironmentJune 2010
Ole Gunnar Dahlhaug, EPT
Submission date:
Supervisor:
Norwegian University of Science and Technology
Department of Energy and Process Engineering
A new Design of a Francis Turbine inorder to reduce Sediment Erosion
Hallvard Meland
-
8/12/2019 FRANCIS TYPE TURBINE
2/102
-
8/12/2019 FRANCIS TYPE TURBINE
3/102
Problem DescriptionBakgrunnSanderosjon i Francis turbiner er et problem i omrder der det er mosunperioder i verden. Dettegjelder srlig for Himalaya og Andes der det i tillegg er store mengder med kvarts i sedimentene.
SN-Power har inverstert i flere kraftverk i Peru som er meget belastet med sedimenter i monsunperioden. Ved Cahua Krafttverk s er det to Francis turbiner som har en effekt p 44 MW tilsammen. I disse turbinene s gr det i ekstreme perioder opp til 50 kg/s med sedimenter gjennomhver av disse turbinene. Dette medfrer at de m bytte ut deler av turbinen hvert eneste r. SN-Power nsker se nrmere p om det er mulig lage et nytt design av turbinene ved CahuaKraftverk som kan redusere sanderosjonen betraktelig.
MlDet skal designes en helt ny turbin ved Cahua Kraftverk som har redusert sanderosjonen med 3050% i forhold til dagens turbin.
Oppgaven bearbeides ut fra flgende punkter:
1. Studenten m gjennomfre literatursk for se hva som er state of the art inneforturbin design som er utsatt for sanderosjon.2. Studenten skal designe tromme, stag skovler, ledeapparat, lpehjul og sugerr p CahuaKraftverk.3. Dersom det er tid skal gjennomfres CFD-analyse p deler av turbinen.
Assignment given: 01. February 2010Supervisor: Ole Gunnar Dahlhaug, EPT
-
8/12/2019 FRANCIS TYPE TURBINE
4/102
-
8/12/2019 FRANCIS TYPE TURBINE
5/102
-
8/12/2019 FRANCIS TYPE TURBINE
6/102
-
8/12/2019 FRANCIS TYPE TURBINE
7/102
-
8/12/2019 FRANCIS TYPE TURBINE
8/102
-
8/12/2019 FRANCIS TYPE TURBINE
9/102
-
8/12/2019 FRANCIS TYPE TURBINE
10/102
-
8/12/2019 FRANCIS TYPE TURBINE
11/102
-
8/12/2019 FRANCIS TYPE TURBINE
12/102
U Cu
http://-/?-http://-/?-http://-/?-http://-/?-http://-/?-http://-/?-http://-/?-http://-/?-http://-/?-http://-/?-http://-/?-http://-/?-http://-/?-http://-/?-http://-/?-http://-/?-http://-/?-http://-/?-http://-/?-http://-/?-http://-/?-http://-/?-http://-/?-http://-/?-http://-/?-http://-/?- -
8/12/2019 FRANCIS TYPE TURBINE
13/102
http://-/?-http://-/?-http://-/?-http://-/?-http://-/?-http://-/?-http://-/?-http://-/?-http://-/?-http://-/?-http://-/?-http://-/?-http://-/?-http://-/?-http://-/?-http://-/?-http://-/?-http://-/?-http://-/?-http://-/?-http://-/?-http://-/?-http://-/?-http://-/?- -
8/12/2019 FRANCIS TYPE TURBINE
14/102
http://-/?-http://-/?-http://-/?-http://-/?-http://-/?-http://-/?-http://-/?-http://-/?-http://-/?-http://-/?-http://-/?-http://-/?-http://-/?-http://-/?-http://-/?-http://-/?-http://-/?- -
8/12/2019 FRANCIS TYPE TURBINE
15/102
-
8/12/2019 FRANCIS TYPE TURBINE
16/102
G
H
m/s2
kg/m3
m3/s
m2
-
8/12/2019 FRANCIS TYPE TURBINE
17/102
-
8/12/2019 FRANCIS TYPE TURBINE
18/102
m3/s
http://-/?-http://-/?-http://-/?-http://-/?-http://-/?-http://-/?-http://-/?-http://-/?-http://-/?-http://-/?-http://-/?-http://-/?-http://-/?-http://-/?-http://-/?-http://-/?-http://-/?-http://-/?-http://-/?-http://-/?-http://-/?-http://-/?-http://-/?-http://-/?-http://-/?-http://-/?-http://-/?-http://-/?-http://-/?-http://-/?-http://-/?-http://-/?-http://-/?-http://-/?-http://-/?- -
8/12/2019 FRANCIS TYPE TURBINE
19/102
2
2
U Cu
U Cu
U Cu
U Cu
http://-/?-http://-/?-http://-/?-http://-/?-http://-/?-http://-/?-http://-/?-http://-/?-http://-/?-http://-/?-http://-/?-http://-/?-http://-/?-http://-/?-http://-/?-http://-/?-http://-/?-http://-/?-http://-/?-http://-/?-http://-/?-http://-/?-http://-/?-http://-/?-http://-/?-http://-/?-http://-/?-http://-/?-http://-/?-http://-/?-http://-/?-http://-/?-http://-/?-http://-/?-http://-/?-http://-/?-http://-/?-http://-/?-http://-/?-http://-/?-http://-/?-http://-/?-http://-/?-http://-/?-http://-/?-http://-/?-http://-/?-http://-/?-http://-/?-http://-/?-http://-/?-http://-/?-http://-/?-http://-/?-http://-/?-http://-/?-http://-/?-http://-/?-http://-/?-http://-/?-http://-/?-http://-/?-http://-/?-http://-/?-http://-/?-http://-/?-http://-/?-http://-/?-http://-/?-http://-/?-http://-/?-http://-/?-http://-/?-http://-/?-http://-/?-http://-/?-http://-/?-http://-/?-http://-/?-http://-/?- -
8/12/2019 FRANCIS TYPE TURBINE
20/102
http://-/?-http://-/?-http://-/?- -
8/12/2019 FRANCIS TYPE TURBINE
21/102
http://-/?- -
8/12/2019 FRANCIS TYPE TURBINE
22/102
http://-/?-http://-/?-http://-/?- -
8/12/2019 FRANCIS TYPE TURBINE
23/102
-
8/12/2019 FRANCIS TYPE TURBINE
24/102
-
8/12/2019 FRANCIS TYPE TURBINE
25/102
http://-/?-http://-/?- -
8/12/2019 FRANCIS TYPE TURBINE
26/102
http://-/?-http://-/?-http://-/?-http://-/?- -
8/12/2019 FRANCIS TYPE TURBINE
27/102
n
http://-/?-http://-/?-http://-/?- -
8/12/2019 FRANCIS TYPE TURBINE
28/102
m3
Khardness
Kf
Ksize
Kshape
Km
dS
dt =w3 Khardness CKshapeKsizeKf Km
-
8/12/2019 FRANCIS TYPE TURBINE
29/102
W = cx ay k1 k2 k3VZChar
k1andk2 k3
E=k1 f() V2P cos2
1 R2T
+ f(VP N)
f() =
1 + k2 k12 sin
/2
0
2
RT = 1 k4VP sin
f(VP N) =k3 (VP +sin)4
http://-/?-http://-/?-http://-/?- -
8/12/2019 FRANCIS TYPE TURBINE
30/102
K2=
1, 0
20
0, 0 >0
VP
0
-
8/12/2019 FRANCIS TYPE TURBINE
31/102
R= 2 U1Cu1C2u1
http://-/?- -
8/12/2019 FRANCIS TYPE TURBINE
32/102
h= 2
U1Cu1U2 Cu2
Cu2
C2u1 = h
R
Cu1 U1
Cm1
Hz
http://-/?-http://-/?- -
8/12/2019 FRANCIS TYPE TURBINE
33/102
n=60 fgrid
Z
Hz
D1=60 U1
n
Cm2
Cm2 = U2 tan 2
http://-/?-http://-/?- -
8/12/2019 FRANCIS TYPE TURBINE
34/102
Cm2=Q
A =
4 Q D2
2
U2
U2 =D2 n
60
D2
D2 = 3
60 4 Q
2 n tan 2
D2 U2 Cm2
Cm2 Cm1
Cm1=Cm2
1.1
B =1.1 D2
2
4 D1
http://-/?-http://-/?-http://-/?-http://-/?-http://-/?- -
8/12/2019 FRANCIS TYPE TURBINE
35/102
UCu
F = m (Cu1 Cu2)
http://-/?- -
8/12/2019 FRANCIS TYPE TURBINE
36/102
T = m (Cu1 r1 Cu2 r2)
P = T = m
Cu1 r1U1r1
Cu2 r2U2r2
P = m
(Cu1
U1
Cu2
U2)
U Cu
Cu=U Cu
U
= arctan Cm
U Cu
H
H= G
tan
http://-/?-http://-/?- -
8/12/2019 FRANCIS TYPE TURBINE
37/102
d=H
R
http://-/?-http://-/?-http://-/?- -
8/12/2019 FRANCIS TYPE TURBINE
38/102
Cmgvo
Cugvo
Cmgvo= Q
DgvoBgvo
Cugvo =Cu1D1
Dgvo
tan 0= CmgvoCugvo
Daxf =D1 (0, 29 + 1, 07)
http://-/?-http://-/?- -
8/12/2019 FRANCIS TYPE TURBINE
39/102
Lgv = Daxf kcf
Ngv
Dgvi = 2
L2gv +D2gvo
4 2 Lgv
Dgvo2 cos
2
+ 0
-
8/12/2019 FRANCIS TYPE TURBINE
40/102
Pmax=Phead+ Pwaterhammer
Fmax=PmaxAannulus
Lsv = Fmax
steel tsv Nsv
http://-/?- -
8/12/2019 FRANCIS TYPE TURBINE
41/102
k2
B
k2= 0, 1
r
Rt
Rt=R0+ r cos 0 k2B
Q= 2r2Ct
y
sin2
Rt r cos d
m3/s
r
http://-/?-http://-/?-http://-/?- -
8/12/2019 FRANCIS TYPE TURBINE
42/102
o y
r
r
http://-/?-http://-/?-http://-/?-http://-/?- -
8/12/2019 FRANCIS TYPE TURBINE
43/102
-
8/12/2019 FRANCIS TYPE TURBINE
44/102
-
8/12/2019 FRANCIS TYPE TURBINE
45/102
U1 Cu1
R=h
2
U2 Cm2 2
2 Cm2
U2
w2=
U22 + C
2m2 =
16 Q22 1D42
+2
n2
3600 D22
dw2dD2
= 1
2
16Q22 1
D42
+ 2n23600
D22
2 D22 n23600
4 16 Q2
2 D52
m/s2
http://-/?-http://-/?-http://-/?-http://-/?-http://-/?-http://-/?-http://-/?- -
8/12/2019 FRANCIS TYPE TURBINE
46/102
D2= 6
115200 Q2
4 n2
2 = arctan
1
2
http://-/?-http://-/?-http://-/?-http://-/?- -
8/12/2019 FRANCIS TYPE TURBINE
47/102
m3/s
w1=
240
Q
60 1, 1 D22
dw1dD2
= 8 Q1, 1 D3
2
http://-/?- -
8/12/2019 FRANCIS TYPE TURBINE
48/102
Cm
Cu
Cu2
http://-/?-http://-/?- -
8/12/2019 FRANCIS TYPE TURBINE
49/102
U Cu
U=
2
n
60 r
Cm= Cm1+ Cm1 0.1 relativesection
w=
(U Cu)2 + C2m
Cu =U Cu
U
Cu U= 0
http://-/?-http://-/?-http://-/?- -
8/12/2019 FRANCIS TYPE TURBINE
50/102
Hf =fL
Dh V
2
2g
hf L
D
http://-/?-http://-/?- -
8/12/2019 FRANCIS TYPE TURBINE
51/102
V
f
Dh=4A
P
-
8/12/2019 FRANCIS TYPE TURBINE
52/102
-
8/12/2019 FRANCIS TYPE TURBINE
53/102
Wuoutlet= routlet
R2
http://-/?- -
8/12/2019 FRANCIS TYPE TURBINE
54/102
-
8/12/2019 FRANCIS TYPE TURBINE
55/102
-
8/12/2019 FRANCIS TYPE TURBINE
56/102
http://-/?-http://-/?- -
8/12/2019 FRANCIS TYPE TURBINE
57/102
http://-/?-http://-/?- -
8/12/2019 FRANCIS TYPE TURBINE
58/102
http://-/?-http://-/?- -
8/12/2019 FRANCIS TYPE TURBINE
59/102
http://-/?- -
8/12/2019 FRANCIS TYPE TURBINE
60/102
m3/s
m3/s
2
Erosionrate= W
Area [1/m]
http://-/?-http://-/?-http://-/?- -
8/12/2019 FRANCIS TYPE TURBINE
61/102
http://-/?- -
8/12/2019 FRANCIS TYPE TURBINE
62/102
http://-/?- -
8/12/2019 FRANCIS TYPE TURBINE
63/102
http://-/?- -
8/12/2019 FRANCIS TYPE TURBINE
64/102
http://-/?- -
8/12/2019 FRANCIS TYPE TURBINE
65/102
2
http://-/?-http://-/?-http://-/?-http://-/?- -
8/12/2019 FRANCIS TYPE TURBINE
66/102
2
http://-/?-http://-/?-http://-/?- -
8/12/2019 FRANCIS TYPE TURBINE
67/102
U Cu= 1 xn x0 1
http://-/?- -
8/12/2019 FRANCIS TYPE TURBINE
68/102
http://-/?- -
8/12/2019 FRANCIS TYPE TURBINE
69/102
http://-/?- -
8/12/2019 FRANCIS TYPE TURBINE
70/102
U Cu
http://-/?- -
8/12/2019 FRANCIS TYPE TURBINE
71/102
http://-/?-http://-/?-http://-/?- -
8/12/2019 FRANCIS TYPE TURBINE
72/102
U Cu
U Cu
-
8/12/2019 FRANCIS TYPE TURBINE
73/102
U Cu
-
8/12/2019 FRANCIS TYPE TURBINE
74/102
http://-/?-http://-/?-http://-/?-http://-/?- -
8/12/2019 FRANCIS TYPE TURBINE
75/102
http://-/?- -
8/12/2019 FRANCIS TYPE TURBINE
76/102
-
8/12/2019 FRANCIS TYPE TURBINE
77/102
-
8/12/2019 FRANCIS TYPE TURBINE
78/102
k
k
http://-/?-http://-/?-http://-/?-http://-/?- -
8/12/2019 FRANCIS TYPE TURBINE
79/102
http://-/?-http://-/?-http://-/?- -
8/12/2019 FRANCIS TYPE TURBINE
80/102
-
8/12/2019 FRANCIS TYPE TURBINE
81/102
http://-/?-http://-/?- -
8/12/2019 FRANCIS TYPE TURBINE
82/102
http://-/?-http://-/?-http://-/?-http://-/?- -
8/12/2019 FRANCIS TYPE TURBINE
83/102
arctan 1
2
http://-/?- -
8/12/2019 FRANCIS TYPE TURBINE
84/102
2 = 25
http://-/?-http://-/?-http://-/?-http://-/?- -
8/12/2019 FRANCIS TYPE TURBINE
85/102
http://-/?-http://-/?-http://-/?-http://-/?-http://-/?- -
8/12/2019 FRANCIS TYPE TURBINE
86/102
R= 1 KineticEnergyTotalEnergy
http://-/?-http://-/?- -
8/12/2019 FRANCIS TYPE TURBINE
87/102
-
8/12/2019 FRANCIS TYPE TURBINE
88/102
http://-/?-http://-/?-http://-/?-http://-/?-http://-/?-http://-/?-http://-/?- -
8/12/2019 FRANCIS TYPE TURBINE
89/102
-
8/12/2019 FRANCIS TYPE TURBINE
90/102
http://-/?-http://-/?- -
8/12/2019 FRANCIS TYPE TURBINE
91/102
http://-/?-http://-/?-http://-/?-http://-/?- -
8/12/2019 FRANCIS TYPE TURBINE
92/102
http://-/?- -
8/12/2019 FRANCIS TYPE TURBINE
93/102
http://-/?- -
8/12/2019 FRANCIS TYPE TURBINE
94/102
-
8/12/2019 FRANCIS TYPE TURBINE
95/102
-
8/12/2019 FRANCIS TYPE TURBINE
96/102
-
8/12/2019 FRANCIS TYPE TURBINE
97/102
-
8/12/2019 FRANCIS TYPE TURBINE
98/102
-
8/12/2019 FRANCIS TYPE TURBINE
99/102
-
8/12/2019 FRANCIS TYPE TURBINE
100/102
-
8/12/2019 FRANCIS TYPE TURBINE
101/102
-
8/12/2019 FRANCIS TYPE TURBINE
102/102