Sicherheit und Dimensionierung von Absperrklappen
Die Betreiber und Eigentümer von Wasserkraftanlagen stellen im Laufe der Zeit einen allmählichen Verlust an Wissen und Know-how in Bezug auf die Gestaltung und Dimensionierung von Schmetterlingsschützen fest. Diese Ausrüstungen spielen jedoch eine wesentliche Rolle für die Sicherheit der Bauwerke und ihrer Umgebung. Gleichzeitig ermöglichen die jüngsten Fortschritte in der numerischen Simulation heute eine viel genauere Analyse der transienten Phänomene, die nun systematisch in die Dimensionierung dieser Sicherheitsorgane einbezogen werden müssen.
In diesem Zusammenhang wurde das Projekt WhiteButterfly, ein Projekt BFE P+D unterstützt durch das Bundesamt für Energie. Sein Hauptziel ist es, die Sicherheit von Wasserkraftanlagen durch die Rekonstruktion, Strukturierung und Verbreitung des wesentlichen Wissens im Zusammenhang mit Schmetterlingsventilen nachhaltig zu verbessern.
Ziele des Projekts
Das Projekt zielt auf die Entwicklung eines Weißbuch, Dieses Dokument wird den Eigentümern und Betreibern von Wasserkraftanlagen kostenlos zur Verfügung gestellt. Dieses Referenzdokument wird eine klare und strenge Methodik beschreiben, die es ermöglicht :
- einen vollständige und kohärente Leistungsbeschreibung für die Gestaltung einer Drosselklappe,
- zu definieren erwartete Nachweise von den Herstellern, um die Gestaltung und Dimensionierung gegenüber dem Bauherrn zu bestätigen,
- die Farmer bei der Überprüfung der Diensttauglichkeit von bestehenden Schmetterlingsventilen.
Ansatz und Organisation der Arbeit
Das Projekt gliedert sich in drei sich ergänzende Schwerpunkte :
- Studien auf Modellebene
Dieser Schwerpunkt zielt darauf ab, den methodischen Rahmen für numerische Studien festzulegen, indem die Annahmen, Parameter und Gültigkeitsgrenzen der Berechnungen präzisiert werden. - Validierung im echten Maßstab
Der entwickelte Ansatz wird durch einen systematischen Vergleich zwischen experimentellen Messungen und Simulationsergebnissen an einem realen Ventil validiert. - Verfassen des Weißbuchs
Das Weißbuch fasst alle Ergebnisse zusammen und schlägt technische Spezifikationen vor, die die Sicherheit der Bauwerke und ihrer Umgebung gewährleisten sollen.
Die Struktur des Weißbuchs, die bereits im ersten Jahr des Projekts festgelegt wurde, verfolgt einen pragmatischen Ansatz, der sich an den SIA-Normen orientiert. Ein Referenzdiagramm führt den Leser durch alle wichtigen Schritte, von der Machbarkeitsstudie bis zu den Inbetriebnahmeversuchen einer Absperrklappe.
Risikoanalyse und Lastfälle
Das Projekt begann mit einer Risikoanalyse eine gründliche Analyse, mit der die kritischen Elemente einer Wasserkraftanlage identifiziert werden können. Diese Analyse bildet die Grundlage für die Festlegung der Lastfall zu berücksichtigen, sowohl bei der Dimensionierung eines neuen Ventils als auch bei der Beurteilung der Gebrauchstauglichkeit eines bestehenden Ventils.
Fallstudie
Als Referenz wurde das Ventil der Anlage von Perua gewählt. Mit einem Durchmesser von 3 Metern befindet er sich auf einer Anlage von Grande Dixence und übernimmt eine Sicherheitsfunktion zwischen dem Speicherbecken von Fionnay und dem Kraftwerk von Nendaz.
Eine Ventil reduziertes Modell (Durchmesser 150 mm, Maßstab 1:20) wurde entworfen, hergestellt und auf dem Prüfstand der HES-SO installiert, um das Verhalten des Ventils mit und ohne das Phänomen der Kavitation zu untersuchen.
Kavitationsfreie Strömung, Fließgeschwindigkeit 2,6 m/s, Winkel 60° (90° = offen) :
Strömung mit Kavitation, Fließgeschwindigkeit 2,6 m/s, Winkel 60° (90° = offen) :
