Kaplan-turbiinin johtosiiven lujuustarkastelu ja rakennevaihtoehtojen kustannusvertailu

Abstract

Työssä on tarkasteltu Kaplan-turbiinien (pysty-Kaplan ja putkiturbiini) johtosiiven lujuutta ja vertailtu eri menetelmillä valmistettujen rakennevaihtoehtojen kustannuksia. -Johtosiiven lujuuden laskemiseksi on johdettu yhtälöt turbiinin pikasulusta aiheutuvassa painekuormituksessa. Vastaavat yhtälöt on johdettu myös vääntökuormituksessa, jonka aiheuttaa siipien väliin kiilautunut vieras esine johtopyörää suljettaessa. -Elementtimenetelmällä tutkittiin putkiturbiinin johtosiiven jännityksiä paine- ja vääntökuormituksessa. Jäykistämättömällä ohutseinämäisellä rakenteella todettiin jännitysten keskittyvän siipiosan ja -tappien liitoskohtiin. Jännitysten alentamiseksi on kokeiltu erilaisia jäykisteitä. Lujimmaksi osoittautui pitkittäisjäykistein varustettu johtosiipi, jonka maksimijännitys oli painekuormituksessa 77 % alhaisempi kuin jäykistämättömällä rakenteella. Pahimmassa vääntökuormituksessa ylitti maksimijännitys kaikilla rakennemalleilla teräksen Fe 52 myötörajan. Niinpä onkin välttämätöntä estää kyseisen kuormitustilanteen syntyminen. -Yksinkertaisilla käsinlaskukaavoilla ja elementtimenetelmällä lasketut jännitykset vastasivat melko hyvin toisiaan käytettäessä pitkittäisiä tai poikittaisia levyjäykisteitä. Muilla rakenteilla poikkipintapainumat olivat liian suuria, joten kaavoilla lasketut jännitykset ylittyivät huomattavasti. Muodonmuutosten perusteella johtosiipien taipumisesta johtuva osuus johtopyörän vuodosta on noin kolmasosa. -Kustannusvertailun kohteena oli karkeakoneistettu johtosiipi. Selvästi halvimmaksi vaihtoehdoksi osoittautui hitsatusta levyrakenteesta valmistettu johtosiipi. Hintaero valettuun rakenteeseen nähden oli keskimäärin 10 mk/kg, kun laskennan perusteena oli levyrakenteisen johtosiiven aihion massa. /Kir10

The main purpose of this work is to study the strenght of adjustable wicket gates of Kaplan-and tubular turbines. Strenght calculations have been made using finite element method (FEr). It has been investigated the stresses and deformations of wicket gates with different types of stiffeners. Another purpose of this work is to compare costs of wicket gates manufactured by different methods.