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


2/102


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


4/102


5/102


6/102


7/102


8/102


9/102


10/102


11/102


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://-/?-


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://-/?-


14/102
http://-/?-http://-/?-http://-/?-http://-/?-http://-/?-http://-/?-http://-/?-http://-/?-http://-/?-http://-/?-http://-/?-http://-/?-http://-/?-http://-/?-http://-/?-http://-/?-http://-/?-


15/102


16/102

G

H

m/s2

kg/m3

m3/s

m2


17/102


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://-/?-


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://-/?-


20/102
http://-/?-http://-/?-http://-/?-


21/102
http://-/?-


22/102
http://-/?-http://-/?-http://-/?-


23/102


24/102


25/102
http://-/?-http://-/?-


26/102
http://-/?-http://-/?-http://-/?-http://-/?-


27/102

n
http://-/?-http://-/?-http://-/?-


28/102

m3

Khardness

Kf

Ksize

Kshape

Km

dS

dt =w3 Khardness CKshapeKsizeKf Km


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://-/?-


30/102

K2=

1, 0

20

0, 0 >0

VP

0


31/102

R= 2 U1Cu1C2u1
http://-/?-


32/102

h= 2

U1Cu1U2 Cu2

Cu2

C2u1 = h

R

Cu1 U1

Cm1

Hz
http://-/?-http://-/?-


33/102

n=60 fgrid

Z

Hz

D1=60 U1

n

Cm2

Cm2 = U2 tan 2
http://-/?-http://-/?-


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://-/?-


35/102

UCu

F = m (Cu1 Cu2)
http://-/?-


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://-/?-


37/102

d=H

R
http://-/?-http://-/?-http://-/?-


38/102

Cmgvo

Cugvo

Cmgvo= Q

DgvoBgvo

Cugvo =Cu1D1

Dgvo

tan 0= CmgvoCugvo

Daxf =D1 (0, 29 + 1, 07)
http://-/?-http://-/?-


39/102

Lgv = Daxf kcf

Ngv

Dgvi = 2

L2gv +D2gvo

4 2 Lgv

Dgvo2 cos

2

+ 0


40/102

Pmax=Phead+ Pwaterhammer

Fmax=PmaxAannulus

Lsv = Fmax

steel tsv Nsv
http://-/?-


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://-/?-


42/102

o y

r

r


43/102


44/102


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://-/?-


46/102

D2= 6

115200 Q2

4 n2

2 = arctan

1

2


47/102

m3/s

w1=

240

Q

60 1, 1 D22

dw1dD2

= 8 Q1, 1 D3

2
http://-/?-


48/102

Cm

Cu

Cu2
http://-/?-http://-/?-


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://-/?-


50/102

Hf =fL

Dh V

2

2g

hf L

D
http://-/?-http://-/?-


51/102

V

f

Dh=4A

P


52/102


53/102

Wuoutlet= routlet

R2
http://-/?-


54/102


55/102


56/102
http://-/?-http://-/?-


57/102
http://-/?-http://-/?-


58/102
http://-/?-http://-/?-


59/102
http://-/?-


60/102

m3/s

m3/s

2

Erosionrate= W

Area [1/m]
http://-/?-http://-/?-http://-/?-


61/102
http://-/?-


62/102
http://-/?-


63/102
http://-/?-


64/102
http://-/?-


65/102

2


66/102

2
http://-/?-http://-/?-http://-/?-


67/102

U Cu= 1 xn x0 1
http://-/?-


68/102
http://-/?-


69/102
http://-/?-


70/102

U Cu
http://-/?-


71/102
http://-/?-http://-/?-http://-/?-


72/102

U Cu

U Cu


73/102

U Cu


74/102


75/102
http://-/?-


76/102


77/102


78/102

k

k


79/102
http://-/?-http://-/?-http://-/?-


80/102


81/102
http://-/?-http://-/?-


82/102


83/102

arctan 1

2
http://-/?-


84/102

2 = 25


85/102
http://-/?-http://-/?-http://-/?-http://-/?-http://-/?-


86/102

R= 1 KineticEnergyTotalEnergy
http://-/?-http://-/?-


87/102


88/102
http://-/?-http://-/?-http://-/?-http://-/?-http://-/?-http://-/?-http://-/?-


89/102


90/102
http://-/?-http://-/?-


91/102


92/102
http://-/?-


93/102
http://-/?-


94/102


95/102


96/102


97/102


98/102


99/102


100/102


101/102


102/102

FRANCIS TYPE TURBINE

Documents

Transcript of FRANCIS TYPE TURBINE