Estudio con CFD de una turbina Francis dañada en los álabes del rodete

Abstract

Aquest projecte consisteix en l'estudi i simulació mitjançant CFD d'una turbina Francis amb danys en les vores de sortida dels àleps del rodet. El principal objectiu d'aquest projecte és veure quins efectes es presenten en el comportament de la turbomàquina quan aquesta conté danys respecte a l'original. Per a la modelització dels danys es modifica la geometria d'un àlep, extraient-li una porció de diferents mesures a la vora de sortida d'aquest, generant dos casos per comparar amb l'original: un cas amb una extracció gran i un altre amb una extracció petita. Es pretén observar aquests efectes en dues parts concretes de la turbomàquina: la zona d'unió entre el distribuïdor i el rodet, per veure si existeixen alteracions en els polsos de pressió deguts al fenomen RSI; i per altra banda, la zona del tub d'aspiració, en recerca de possibles modificacions en el comportament del fluid al llarg d'aquesta. Per dur a terme el comentat anteriorment, s'extrauran diferents representacions de contorns de pressió, línies de flux i altres paràmetres, a més de les dades obtingudes pels monitors ubicats en diverses posicions en tota la turbomàquina. Aquestes dades seran processades per poder dur a terme les comparacions, observant els senyals de pressió amb els seus respectius espectres de freqüències. Finalment, mitjançant l'obtenció i comparació de dades, es pot concloure que, pel tipus de dany simulat, la zona del tub d'aspiració és la més afectada, presenciant grans canvis en el comportament del flux, polsos de pressió i freqüències característiques. En general, la turbina amb els majors danys presenta una pèrdua de potència propera al 10%.

Este proyecto consiste en el estudio y simulación mediante CFD de una turbina Francis con daños en los bordes de salida de los álabes del rodete. El principal objetivo de este proyecto es ver qué efectos se presentan en el comportamiento de la turbomáquina cuando esta contiene daños respecto a la original. Para la modelización de los daños se modifica la geometría de un álabe, extrayéndole una porción de diferentes tamaños en el borde de salida de este, generando dos casos para comparar con el original: un caso con una extracción grande y otro con extracción pequeña. Se pretende observar los efectos provocados por estos daños en dos partes concretas de la turbomáquina: la zona de unión entre el distribuidor y el rodete para ver si existen alteraciones en los pulsos de presión debidos al fenómeno RSI, y por otro lado la zona del tubo de aspiración, en busca de posibles modificaciones en el comportamiento del fluido a lo largo de este. Para llevar a cabo lo comentado anteriormente, se extraerán diferentes representaciones de contornos de presión, líneas de flujo y otros parámetros, además de los datos obtenidos por los monitores ubicados en diversas posiciones en toda la turbomáquina. Estos datos serán procesados para poder llevar a cabo las comparaciones observando las señales de presión con sus respectivos espectros de frecuencias. Finalmente, mediante la obtención y comparación de datos, se concluye que, para el tipo de daño simulado, la zona del tubo de aspiración es la que se ve más afectada, presenciando grandes cambios en el comportamiento del flujo, pulsos de presión y frecuencias características. En general, la turbina con los mayores daños presenta una pérdida de potencia cercana al 10%.

This project consists of the study and simulation by CFD of a Francis turbine with damage to the trailing edges of the impeller blades. The main objective of this project is to see what effects occur in the behavior of the turbomachine when it contains damage compared to the original.

It is intended to observe these effects in two specific parts of the turbomachinery: the junction area between the distributor and the impeller to see if there are alterations in the pressure pulses due to the RSI phenomenon, and on the other hand the area of the suction tube, in looking for possible changes in the behavior of the fluid along it. To carry out the above, different representations of pressure contours, flow lines and other parameters will be extracted, in addition to the data obtained by the monitors located in various positions throughout the turbomachine. This data will be processed in order to carry out the comparisons by observing the pressure signals with their respective frequency spectra. Finally, it is concluded that, for the type of simulated damage, the area of the draft tube is the most affected, witnessing large changes in flow behaviour, pressure pulses and characteristic frequencies. In general, the turbine with the greatest damage has a power loss of around 10%.