Experimentelle und numerische Strömungsanalyse einer Trifurkation eines 150-MW-Kraftwerkes

zusätzlicher Autor: Prof. Dr.-Ing. Stephan Riedelbauch

In einem Wasserkraftwerk mit drei 50-MW-Francis-Turbinen traten alternierende Leistungsschwankungen von bis zu 25 % bei den beiden äußeren Turbinen sowohl in der Leistungs- als auch in der Öffnungsregelung auf. Die Leistungsschwankungen können dabei auch bei konstanter Leitapparatöffnung beobachtet werden. Die Turbine in der Mitte zeigt diese großen Amplituden der Schwankungen nicht. Da diese Leistungsschwankungen mit zunehmender Leistung ansteigen, ist ein Volllastbetrieb nahezu unmöglich.

Bei der Suche nach der Ursache für die Leistungsschwankungen können Wasserschlossschwingungen und Schwingungen des elektrischen Netzes ausgeschlossen werden, da hier die Schwingungen synchron und nicht alternierend zwischen den beiden äußeren Turbinen sein müssten. Da die Saugrohre direkt im Fluss enden, können Schwankungen, die auf der Saugseite entstehen, ebenfalls als Quelle ausgeschlossen werden. Somit wurde als mögliche Ursache für die auftretenden Schwankungen Strömungsinstabilitäten vermutet, die sich in der Trifurkation bilden.

Bei einem anderen Kraftwerk konnte ein ähnliches Problem beobachtet werden, dessen Ursache auf die Trifurkation zurückzuführen war [1]. Mithilfe von numerischen Strömungssimulationen [2] und Modellmessungen [3] konnte das auftretende Phänomen analysiert werden und durch eine Geometrieänderung der Trifurkation nachweislich verhindert werden.