CFD og FEM-analyser

CFD og FEM-analyse av Kaplan turbin

Vi gjennomfører CFD og FEM-analyser av turbiner for å finne beste virkningsgrad og for å unngå uønsket kavitasjon.

CFD – Computational Fluid Dynamics

CFD brukes for å simulere hvordan vannet faktisk beveger seg gjennom turbinen.

Hva analyseres?

• Hastighet og trykk i vannstrømmen

• Strømningsmønstre i:

  • Inntak

  • Stagring

  • Ledeskovler

  • Løpehjul

  • Sugeside / utløp

• Turbulens, virvler og trykktap

• Risiko for kavitasjon (svært viktig!)

Hvorfor er CFD kritisk i vannkraft?

• Maksimerer virkningsgrad

• Reduserer energitap

• Avdekker:

  • Ustabil strømning

  • Ujevn belastning på løpehjulet/akselstreng

  • Kavitasjonsområder som kan føre til uønskede tæringer

Typiske CFD-spørsmål:

• «Får vi jevn strømning inn på løpehjulet?»

• «Hvor oppstår trykkfall og turbulens?»

• «Hvordan endres ytelsen ved del- eller maks last?»

Resultat: Bedre hydraulisk design før produksjon

FEM / FEA – Finite Element Method / Analysis

Strukturell og mekanisk analyse

FEM brukes for å analysere hvordan turbinkomponentene tåler kreftene de utsettes for.

Hva analyseres?

• Spenninger og deformasjoner i:

  • Løpehjul

  • Aksler

  • Ledeskovler

  • Stagring

  • Hus og deksler

• Dynamiske laster fra:

  • Vanntrykk (ofte fra CFD-resultater)

  • Rotasjon

  • Temperatur

• Utmattingsstyrke (fatigue)

• Egenfrekvenser / vibrasjoner (resonans)

Hvorfor er FEM viktig?

• Sikrer mekanisk integritet og levetid

• Forhindrer:

  • Sprekkdannelse

  • Materialtretthet

  • Havari

• Optimaliserer materialbruk (styrke vs. vekt)

Typiske FEM-spørsmål:

• «Tåler løpehjulet belastningen over 40 år?»

• «Hvilke materiale skal benyttes?»

• «Er det risiko for resonans ved visse turtall?»

• «Hvor bør materialtykkelsen økes eller reduseres?»

Trygg, holdbar og kostnadseffektiv konstruksjon

CFD + FEM = nøkkelen i moderne turbinproduksjon

Det virkelig sterke skjer når de brukes sammen:

1. CFD beregner trykk og krefter fra vannet

2. Disse lastene mates inn i FEM-modellen

3. Man verifiserer:

   • Styrke

   • Levetid

   • Vibrasjoner

4. Design justeres før produksjon

Dette gjør at:

• Færre prototyper trengs

• Risiko reduseres

• Effektiviteten økes

• Reparasjoner og nedetid minimeres

Vis full størrelse

CFD-analyse av sugerør til Kaplan turbin

Vis full størrelse

CFD-analyse av spiraltrommel, ledeapparat og løpehjul

Vis full størrelse

CFD-analyse av Francis turbin

Vis full størrelse

FEM-analyse av generatorkryss