Hydraulický návrh vysokoprůtočné turbíny na lokalitě MVE Lužnice

conference paper

Czech

Článek pojednává o návrhu a použití vysokoprůtočné axiální turbíny v malé vodní elektrárně na řece Lužnici. Stávající přímoproudá turbína s pevnými oběžnými i rozváděcími lopatkami vykazuje velmi nízký výkon v optimu, přibližně 16 kW.[1] Tento nízký výkon je dán malou průtočností stroje z důvodu použití devíti rozváděcích lopatek a čtyř-lopatkového oběžného kola s poměrně velkým úhlem opásání. Z hydraulického hlediska se jedná o starší a jednoduchý typ turbíny. Požadavkem nového návrhu je zvýšení výkonu turbíny v optimu na hodnotu P = 23 kW. Návrhový bod turbíny je definován spádem H = 1,5 m, průtokem Q = 2,1 m3/s a otáčkami generátoru n = 260 min-1. Dalším požadavkem je zachování stávajících rozměrů komory turbíny D = 800 mm a zachování způsobu vyvedení krouticího momentu prostřednictvím kuželového převodu.[2] Pro dosažení požadovaného průtoku a výkonu se nabízí snížit počet rozváděcích lopatek, případně rozváděcí lopatky zcela vyloučit. Snížením úhlu opásání oběžného kola je také možné docílit vyššího průtoku turbínou. Se zvýšením průtoku velmi úzce souvisí právě navýšení výkonu turbíny. V rámci této práce bylo navrženo několik variant oběžných kol turbíny pomocí numerických simulací (CFD). Jedná se o dvoulopatkové a čtyřlopatkové varianty. Tyto hydraulické návrhy dosahují velmi vysokého průtoku a splňují podmínku minimálního požadovaného výkonu, ale také se vyznačují pulzacemi krouticího momentu a tedy i výkonu, který je snímán na hřídeli oběžného kola. Pulzace momentu, resp. výkonu jsou způsobeny interakcí mezi rotorem a statorovými částmi turbíny, zejména pak krytem hřídele. Pozitivní vliv na utlumení těchto pulzací má zvýšení počtu lopatek oběžného kola. Proto byla dodatečně navržena šestilopatková varianta s velice malým úhlem opásání. Jednotlivé varianty jsou mezi sebou srovnávány z hlediska celkové účinnosti, výkonu, průtočnosti v optimu a v mimo-optimálních režimech. Zároveň je kladen důraz na analýzu tlakových pulzací a pulzací krouticího momentu. Tyto pulzace mohou způsobit cyklické namáhání lopatek na díle. Dalším sledovaným parametrem je provoz turbíny v oblasti nižších průtoků, kde dochází k odtržení proudu na sací straně lopatky. Toto odtržení zásadně snižuje účinnost turbíny a výsledná charakteristika stroje pak v oblasti nižších průtoků strmě klesá.

Axiální, turbína, Malá vodní elektrárna, CFD, FFT

STAREČEK, J.; ČUPR, P.; HALUZA, M.

25. 9. 2018

978-80-227-4829-2

37

52

15

www.hydroturbo.sk