title: Eigenschwingungsanalyse eines Francis-Turbinenlaufrads
Creators: name: Fillinger, Gerald
Publisher: name: TU Wien
Year: 2018
Subjects: subject: Francis Turbine
subject: Eigenschwingungsanalyse
subject: Festigkeitsanalyse
subject: Francis Turbine /

description: Die veränderten Rahmenbedingungen am Strommarkt haben dazu geführt, dass Wasserkraftanlagen immer öfter dazu verwendet werden, um Schwankungen im Stromnetz auszugleichen. Der daraus resultierende Betrieb in verschieden Teillastpunkten macht es notwendig schädliche Betriebszustände zu kennen, um diese weitestgehend vermeiden zu können. Ein prominentes Beispiel für solch einen schädlichen Betriebspunkt stellen die Resonanzdrehzahlen dar, hier ist die Maschine einer hohen Belastung ausgesetzt, welche im schlimmsten Fall zu einer Zerstörung dieser führen kann. Ziel dieser Arbeit war es, den Einfluss der umgebenden Wassermasse auf die Eigenschwingungen eines Francis-Turbinenlaufrades mithilfe der Finiten-Elemente-Methode (FEM) zu untersuchen. Für die Vernetzung des Wasservolumens wurden spezielle akustische Elemente eingesetzt, welche es erlauben, die Ausbreitung von Druckwellen zu simulieren. Es werden ganz allgemein die Auswirkungen des Wasservolumens auf die Eigenkreisfrequenzen, welche gemeinhin als added mass effect bekannt sind, aufgezeigt und auch untersucht, inwiefern die Größe des Wasservolumens eine Rolle spielt. Ein weiteres Augenmerk wurde auf die Modellbildung des Wassers gelegt. Insgesamt kamen drei verschiedene Modelle der Wassergeometrie zum Einsatz, deren Ergebnisse auch untereinander verglichen wurden. Abschließend wurden die Ergebnisse eines solchen Modells mit Messdaten validiert. Diese Daten wurden aus Spannungsmessungen gewonnen bei welchen unterschiedliche Betriebspunkte angefahren wurden, in welchen verschiedene Phänomene auftraten, welche in der Lage sind, Schwingungen im Laufrad anzuregen.
description: The changed frame conditions on the electricity market where leading to employ hydropower plants more and more often to compensate fluctuations in the electricity grid. The resulting operation in part load makes it necessary to know critical operating points, to be able to avoid them. A well known example for such a critical operating point is the resonance rotational speed, here the machine is subjected to high loads, wich can lead to its destruction. The aim of this work was to determine the effect of surrounding water on the natural frequencies of a Francis-runner by using the finite element method (FEM). For this purpose special acoustic elements where used, which made it possible to simulate the propagation of pressure waves in the fluid. Also the general influence of the water, better known as added mass effect, is shown. Furthermore the influence of the water volume size is investigated as well. Another attention was directed on modeling the water volume. Overall three various models where used, whose results where compared among each other. At last the results of one of these models is validated with measurment data. This data originates from a strain measurement wich was performed in various operation points. In these operation points several phenomens occur, wich are able to excite vibrations in the runner.