Wir freuen uns, die Veröffentlichung unseres neuen wissenschaftlichen Artikels in der Zeitschrift Results in Engineering :
Biner D., Hasmatuchi V., Dujic D., Münch-Alligné C. (2026)
Fatigue design of Francis-type pump-turbine runners under flexible power generation
Erhältlich als Open Access bei Elsevier : https://doi.org/10.1016/j.rineng.2026.109480
Hintergrund
Mit der massiven Integration von intermittierenden erneuerbaren Energien müssen Wasserkraftwerke flexibler betrieben werden (häufiges Anfahren/Abstellen, Teillastbetrieb, variable Geschwindigkeit). Diese neuen Betriebsregime erhöhen die mechanische Beanspruchung der Turbinenräder und stellen große Herausforderungen dar in Bezug auf strukturelle Ermüdung und Lebensdauer.
Ziele der Studie
Der Artikel bietet eine fortgeschrittene Methodik für :
- Ermüdung der Laufräder von Pumpturbinen besser vorhersagen Francis
- Berücksichtigung multiaxialer Spannungszustände
- Beiträge unterscheiden High Cycle Fatigue (HCF) und Low Cycle Fatigue (LCF)
- Bewerten Sie die Auswirkungen von Startsequenzen
- Numerische Ergebnisse mit experimentellen Messungen an Prototypen vergleichen
Methodik
Die Studie beruht auf :
- Instationäre CFD-Simulationen, die mit Strukturmodellen gekoppelt sind
- Ein Ansatz nach kritischer Plan (scaled normal stress method) um multiaxiale Spannungszustände zu behandeln
- Ein quasistationäres Modell zur Schätzung von Schäden für beliebige Betriebspfade
- Eine experimentelle Validierung an einer prototypischen 5-MW-Pumpe/Turbine mit einem Vollstromumrichter (FSFC).
Schlüsselergebnisse
- Die klassischen Kriterien (Von Mises, Hauptspannung) können zu unzuverlässigen Schätzungen der kritischen Ermüdungsbereiche führen.
- Der Ansatz der kritischen Ebene verbessert die Robustheit der Vorhersagen erheblich.
- Der Betrieb mit variabler Geschwindigkeit ermöglicht eine drastische Reduzierung von Ermüdungsschäden beim Anfahren, Dies trägt dazu bei, die Lebensdauer der Geräte zu verlängern.
- Das entwickelte Modell ermöglicht es, die Auswirkungen fortschrittlicher Kontrollstrategien auf die mechanische Integrität von Maschinen zu quantifizieren.
Finanzierung
Diese Arbeit ist Teil des europäischen Projekts XFLEX HYDRO (Horizont 2020).
