NUMERIČKA ANALIZA UTJECAJA RASPORA ROTORSKE LOPATICE PROTOČNE VODNE TURBINE NA IZRAČUNATE REZULTATE

U ovom radu napravljena je numerička analiza utjecaja raspora rotorske lopatice vodne turbine na izračunate značajke vodne turbine HE Čakovec. Geometrija koja je napravljena za potrebe studije mogućeg povećanja stupnja korisnosti agregata HE Čakovec korištena je za izradu numeričke mreže potrebne za pripremu CFD analize. Provedene su CFD analize za stacionarno strujanje bez raspora, stacionarno strujanje s rasporom od 3 mm, nestacionarno strujanje bez raspora i nestacionarno strujanje s rasporom od 3 mm. Za navedene CFD analize napravljene su usporedbe snage i iskoristivosti, pri čemu je pokazano da turbina ima najmanju iskoristivost u slučaju nestacionarnog strujanja s rasporom. Razlika u iskoristivosti kod stacionarnog strujanja bez raspora i nestacionarnog strujanja s rasporom iznosi oko 1 %, što predstavlja značajnije odstupanje. CFD analiza je pokazala da položaj okna za spuštanje u prostor generatora turbine nepovoljno utječu na strujanje fluida te uzrokuju oscilacije u snazi i iskoristivosti. Na temelju dobivenih podataka iz CFD analiza napravljene su strukturalne analize lopatice rotora turbine. Strukturalne analize su provedene za jednu rotorsku lopaticu pri različitim položajima. Za slučaj stacionarnog strujanja odabran je položaj lopatice od 90° jer se u tom položaju javljaju najveća opterećenja. Za analizu nestacionarnog strujanja odabrano je 8 karakterističnih položaja lopatice (0°, 45°, 90°, 135°, 180°, 225°, 270°, 315°) pri čemu se dobio pregled naprezanja za jedan krug radnog kola. U svim analizama maksimalno naprezanje koje je veće od dopuštenih 275 MPa se pojavilo na spoju lista i čepa lopatice što upućuje na potrebu za promjenom geometrije, dok je na ostalim dijelovima lopatice u dopuštenim granicama. Najveći pomak lopatica ima u gornjem lijevom kutu lista lopatice, gledajući u smjeru strujanja fluida, pri čemu su ti pomaci dovoljno maleni da ne utječu na funkcionalnost rada turbine, ali bi potencijalno mogli utjecati na druge značajke turbine. Također je napravljena i analiza vlastitih vrijednosti lopatice rotora turbine gdje je pokazano da druga vlastita frekvencija predstavlja potencijalni rizik od rezonancije. No kako bi se sa sigurnošću moglo izvesti konkretne zaključke potrebno je verificirati rezultate pomoću eksperimentalnih modalnih analiza. Za izradu analiza korištena su razna pojednostavljenja, koja mogu značajno utjecati na sam rezultat. Zajedničkim korištenjem CFD i strukturalnih analiza dobiva se cjelovitija slika problematike strujanja fluida kroz hidroelektranu. Korištenjem isključivo CFD analize fokus je na fluidu koji određuje iskoristivosti i snagu turbine što je od najvećeg interesa, ali ne dobiva se informacija o utjecaju na konstrukciju turbine koja je također bitan faktor. Korištenjem strukturalne analize dobije se informacija o područjima koja su posebno izložena naprezanjima i pomacima, te se na taj način može odrediti optimalna konstrukcija turbine koja će zadovoljiti strukturalne i hidrauličke zahtjeve. Za daljnje proširenje problema mogu se izvršiti CFD analize za opterećeno stanje turbine u kojem su uzete u obzir deformacije geometrije, pri čemu bi se mogao analizirati utjecaj na značajke vodne turbine. Kao prijedlog izmjene geometrije koja bi poboljšala iskoristivost turbine nudi se rotor s pet lopatica ili promjena izvedbe donjeg nosača turbinskog agregata. Za svaku izmjenu geometrije nužno je provesti CFD i strukturalne analize, jer svaki takav zahvat može značajno utjecati na promjenu strujanja