NO333114B1 - Apparatus and method for reducing noise and vibration in a suction pipe - Google Patents
Apparatus and method for reducing noise and vibration in a suction pipe Download PDFInfo
- Publication number
- NO333114B1 NO333114B1 NO20071940A NO20071940A NO333114B1 NO 333114 B1 NO333114 B1 NO 333114B1 NO 20071940 A NO20071940 A NO 20071940A NO 20071940 A NO20071940 A NO 20071940A NO 333114 B1 NO333114 B1 NO 333114B1
- Authority
- NO
- Norway
- Prior art keywords
- accordance
- suction pipe
- turbine
- nozzle
- nozzles
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 17
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 48
- 238000002347 injection Methods 0.000 claims description 19
- 239000007924 injection Substances 0.000 claims description 19
- 239000010902 straw Substances 0.000 claims description 11
- 238000009987 spinning Methods 0.000 claims description 10
- 238000006757 chemical reactions by type Methods 0.000 claims description 7
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 6
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 3
- 238000011144 upstream manufacturing Methods 0.000 description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000006978 adaptation Effects 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 1
- 238000011835 investigation Methods 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/20—Hydro energy
Landscapes
- Jet Pumps And Other Pumps (AREA)
- Hydraulic Turbines (AREA)
- Coating With Molten Metal (AREA)
Description
TEKNISK OMRÅDE TECHNICAL AREA
Den foreliggende oppfinnelse angår en anordning og en fremgangsmåte for å redusere støy og vibrasjoner i et sugerør hos en reaksjonstype vannkraftturbin. Oppfinnelsen oppnås ved å injisere vann inn i sugerøret gjennom et endelig antall punkter langs sugerørets periferi. Det injiserte vannet kan styres slik at tendenser til tilbakestrømninger, som er en viktig årsak til ustasjonære fenomener som medfører støy og vibrasjoner i sugerøret, motvirkes. The present invention relates to a device and a method for reducing noise and vibrations in a suction pipe of a reaction-type hydropower turbine. The invention is achieved by injecting water into the straw through a finite number of points along the periphery of the straw. The injected water can be controlled so that tendencies towards backflows, which are an important cause of non-stationary phenomena that cause noise and vibrations in the suction pipe, are counteracted.
KJENT TEKNIKK PRIOR ART
Reaksjonstype vannkraftturbiner omfatter blant annet Francis-, Kaplan- og rørturbiner. Slike turbinanlegg kan kort beskrives, ved å følge vannets bevegelse, med et inntak, stenge anordninger som luker og ventiler, turbintromme, stasjonære skovlkaskader, som stag- og ledeskovler, løpe- eller turbinhjul, sugerør og et utløp. Sugerørets funksjon er å utnytte vannets hastighet ved utløpet av turbinhjulet på en slik måte at denne gjenskapes som trykkhøyde ved utløpet av sugerøret. På den måten vil det totale trykkfallet over turbinanlegget kunne økes sammen med produsert effekt. Reaction type hydropower turbines include Francis, Kaplan and tube turbines. Such turbine systems can be briefly described, by following the movement of the water, with an intake, closing devices such as hatches and valves, turbine drum, stationary vane cascades, such as stay and guide vanes, impellers or turbine wheels, suction pipes and an outlet. The suction pipe's function is to utilize the speed of the water at the outlet of the turbine wheel in such a way that this is recreated as pressure head at the outlet of the suction pipe. In this way, the total pressure drop across the turbine system can be increased together with the power produced.
Reaksjonstype turbiner er svært vanlig i norsk vannkraftproduksjon. De kjennetegnes ved en høy virkningsgrad nær driftspunktet turbinen er optimalisert for. Ved produksjon under driftspunktet vil strømningen i sugerøret under turbinen bli ustabil. Denne ustabiliteten skyldes blant annet det induserte hastighetsfeltet fra turbinhjulet i innløpet på sugerøret. Dette feltet vil gi opphav til roterende virvler i vannstrømmen, som vil forårsake ustasjonære effekter som vil medføre støy og vibrasjoner. Støy er hovedsaklig et problem for operatører i nærheten av turbinsystemet. Vibrasjonene påvirker imidlertid levetiden til turbinsystemet direkte, gjennom økte utmattingsbelastninger og materialtretthet. De ustasjonære effektene er blant annet diskutert i doktoravhandlingen "An experimental investigation of draft tube flow", Thomas Vekve, NTNU 2004:36. Reaction type turbines are very common in Norwegian hydropower production. They are characterized by a high degree of efficiency close to the operating point for which the turbine is optimized. With production below the operating point, the flow in the suction pipe below the turbine will become unstable. This instability is due, among other things, to the induced velocity field from the turbine wheel in the inlet of the suction pipe. This field will give rise to rotating eddies in the water flow, which will cause unsteady effects that will cause noise and vibrations. Noise is mainly a problem for operators near the turbine system. However, the vibrations affect the lifetime of the turbine system directly, through increased fatigue loads and material fatigue. The non-stationary effects are, among other things, discussed in the doctoral thesis "An experimental investigation of draft tube flow", Thomas Vekve, NTNU 2004:36.
Ustabile strømninger vil også oppstå på grunn av strømningens separasjon fra veggene i sugerøret. Denne separasjonen, som er et kjent fluidmekanisk fenomen, vil gi opphav til ustasjonære effekter som involverer tilbakestrømning. Unstable flows will also occur due to the separation of the flow from the walls of the suction tube. This separation, which is a known fluid mechanics phenomenon, will give rise to unsteady effects involving backflow.
For strømningssystemer generelt, og turbinsystemer spesielt, er ofte ytelsen eller virkningsgraden bestemt av endringer i grensesjiktet mellom fluidet og strømningsobjektets vegger. En måte å stabilisere grensesjikt, og en måte å hindre eller forsinke separasjon av nevnte grensesjikt, er å tilføre sjiktet mer impuls gjennom injisering av fluid, bruk av virvelgeneratorer eller tilveiebringelse av en ujevn overflate, eksempelvis som hos golfballer, for derigjennom å øke miksingen mellom grensesjiktet og strømningen utenfor samme grensesjikt. For flow systems in general, and turbine systems in particular, the performance or efficiency is often determined by changes in the boundary layer between the fluid and the walls of the flow object. One way to stabilize the boundary layer, and one way to prevent or delay separation of said boundary layer, is to add more impulse to the layer through the injection of fluid, the use of vortex generators or the provision of an uneven surface, for example as with golf balls, in order thereby to increase the mixing between the boundary layer and the flow outside the same boundary layer.
Fremgangsmåten med å injisere arbeidsmediet på lavtrykkssiden av en roterende maskin er tidligere kjent for kompressorer for å oppnå gunstige effekter med hensyn til levert mengde og trykkhøyde, se US patent nr. 3,041,848. Det skal bemerkes at en kjent teknikk ved drift av pumper er å resirkulere vann fra høytrykkssiden, strupe trykket for eksempel over en ventil, og introdusere vannet ved innløpet på pumpens sugerør slik at pumpen opererer med en volumstrøm som nærmer seg det optimale. The method of injecting the working medium on the low pressure side of a rotating machine is previously known for compressors to achieve favorable effects with regard to delivered quantity and pressure head, see US patent no. 3,041,848. It should be noted that a known technique when operating pumps is to recycle water from the high-pressure side, throttle the pressure, for example, via a valve, and introduce the water at the inlet of the pump's suction pipe so that the pump operates with a volume flow that approaches the optimum.
Injeksjon av arbeidsmedium inn i strømningers grensesjikt for å styre separasjon i korte diffusorer er også kjent, se "Handbook of Hydraulic Resistance", Idelchik, 3. utgave, 1994, s.260. Prinsippet med å få korte sugerør eller diffusorer til å yte bedre er også hovedformålet i US patent nr. 4,515,524. Her benyttes en hydraulisk tilbakeføringslinje for å forhindre separasjon på et sugerør for reaksjonsturbiner. Nevnte anordning vil imidlertid kun ha virkning ved strømninger uten tangentielle hastighetskomponenter, og er derfor ikke relevant ved lave lastområder på turbiner der nettopp tilstedeværelse av tangentielle hastighetskomponenter er en karakteristikk. Injection of working medium into the flow boundary layer to control separation in short diffusers is also known, see "Handbook of Hydraulic Resistance", Idelchik, 3rd edition, 1994, p.260. The principle of making short straws or diffusers perform better is also the main purpose of US patent no. 4,515,524. Here, a hydraulic return line is used to prevent separation on a suction pipe for reaction turbines. Said device will, however, only be effective for flows without tangential velocity components, and is therefore not relevant for low load areas on turbines where precisely the presence of tangential velocity components is a characteristic.
Publikasjonen JP 63088278 viser et eksempel på kjent teknikk hvor vann presses inn i et sugerør i en retning motsatt av rotasjonsretningen til løpehjulet hos turbinen. The publication JP 63088278 shows an example of known technique where water is pressed into a suction pipe in a direction opposite to the direction of rotation of the impeller of the turbine.
Publikasjonen JP 61178563 viser et annet eksempel på kjent teknikk, hvor vann innføres i sugerøret gjennom spalter i sugerørs veggen. Spaltene har en innløps vinkel a (fig. 1) i forhold til et horisontalplan gjennom sugerøret. Innføring av vann gjennom disse spaltene vil ikke motvirke vibrasjoner og støy ved lav produksjon. The publication JP 61178563 shows another example of known technique, where water is introduced into the straw through slits in the wall of the straw. The slits have an inlet angle a (fig. 1) in relation to a horizontal plane through the suction pipe. Introducing water through these slots will not counteract vibrations and noise at low production.
Hovedformålet med den foreliggende oppfinnelsen er å redusere støy og vibrasjoner i et sugerør, ved å injisere et arbeidsmedium i sugerøret ved lave driftsområder. Fortrinnsvis skjer det ingen injeksjon ved en vannføring som ligger nærme optimalt driftspunkt for sugerøret eller turbinsystemet. På denne måten er det altså et formål ved den foreliggende oppfinnelsen å øke området av mulige vannføringer for drift av turbinen. The main purpose of the present invention is to reduce noise and vibrations in a suction pipe, by injecting a working medium into the suction pipe at low operating ranges. Preferably, no injection takes place at a water flow that is close to the optimum operating point for the suction pipe or turbine system. In this way, it is therefore an object of the present invention to increase the range of possible water flows for operation of the turbine.
SAMMENDRAG AV OPPFINNELSEN SUMMARY OF THE INVENTION
Den foreliggende oppfinnelsen tilveiebringer en anordning for å redusere støy og vibrasjoner i et sugerør hos en reaksjonstype vannkraftturbin ved lave driftsområder, hvor sugerøret omfatter minst én dyse for injeksjon av et arbeidsmedium gjennom dysene inn i sugerøret, hvor hver dyse er innrettet med en vinkel y på mellom 5° og 80° forhold til et horisontalt plan vinkelrett på lengdeaksen til et innløp hos sugerøret, The present invention provides a device for reducing noise and vibrations in a suction pipe of a reaction-type hydroelectric turbine at low operating ranges, where the suction pipe comprises at least one nozzle for injecting a working medium through the nozzles into the suction pipe, where each nozzle is aligned with an angle y of between 5° and 80° relative to a horizontal plane perpendicular to the longitudinal axis of an inlet at the suction pipe,
karakterisert vedat hver dyse har en vinkel p på mellom 20° - 70° i forhold til en horisontalt definert tangent i skjæringspunktet mellom hver dyse og sugerøret og at mengden vann som injiseres er null ved optimalt driftspunkt for turbinen, mens for characterized in that each nozzle has an angle p of between 20° - 70° in relation to a horizontally defined tangent at the intersection between each nozzle and the suction pipe and that the amount of water injected is zero at the optimal operating point for the turbine, while for
lavere driftspunkter vil injisert vannmengde øke opp mot 10 % av vannmengden som passerer turbinen ved det aktuelle driftspunktet. lower operating points, the injected amount of water will increase by up to 10% of the amount of water that passes the turbine at the relevant operating point.
Den foreliggende oppfinnelsen angår også en fremgangsmåte for å redusere støy og vibrasjoner i et sugerør hos en reaksjonstype vannkraftturbin ved lave driftsområder,karakterisert vedat den omfatter følgende trinn: a) injeksjon av et arbeidsmedium gjennom minst én dyse anbrakt i sugerøret, hvor hver dyse er innrettet med en vinkel y på mellom 5° og 80° i forhold til et horisontalt plan vinkelrett på lengdeaksen til et innløp hos sugerøret og med en vinkel P mellom 20° - 70° i forhold til en horisontalt definert tangent i skjæringspunktet mellom hver dyse og sugerøret, hvor mengden vann som injiseres er null ved optimalt driftspunkt for turbinen, mens for lavere driftspunkter vil injisert vannmengde øke opp mot 10 % av vannmengden som passerer turbinen ved det aktuelle driftspunktet. The present invention also relates to a method for reducing noise and vibrations in a suction pipe of a reaction-type hydropower turbine at low operating ranges, characterized in that it comprises the following steps: a) injection of a working medium through at least one nozzle placed in the suction pipe, where each nozzle is aligned with an angle y of between 5° and 80° in relation to a horizontal plane perpendicular to the longitudinal axis of an inlet of the suction pipe and with an angle P between 20° - 70° in relation to a horizontally defined tangent at the intersection between each nozzle and the suction pipe , where the amount of water injected is zero at the optimal operating point for the turbine, while for lower operating points the injected amount of water will increase up to 10% of the amount of water passing the turbine at the relevant operating point.
KORT BESKRIVELSE AV TEGNINGER BRIEF DESCRIPTION OF DRAWINGS
Den foreliggende oppfinnelsen vil i det følgende bli beskrevet ved hjelp av et utførelseseksempel, hvor det henvises til de vedlagte tegningene: Figur 1 gir et oversiktsbilde av et sugerør, hvor dyser er montert langs periferien. Sugerøret som er tegnet opp er typisk sveist sammen av bøyde stålplater, men kan gjerne være støpt eller produsert på andre måter. Systemet er vist med 5 dyser The present invention will be described in the following with the aid of an embodiment, where reference is made to the attached drawings: Figure 1 gives an overview of a suction tube, where nozzles are mounted along the periphery. The drawn suction pipe is typically welded together from bent steel plates, but can also be cast or produced in other ways. The system is shown with 5 nozzles
(N=5) (N=5)
Figur 2 viser parametere som definerer dysenes innretting når disse studeres i horisontalplanet. Systemet er vist med 5 dyser (N=5). Figur 3 viser parametere som definerer dysenes innretting når disse studeres i vertikalplanet. Figur 4a viser et tverrsnitt av en dyse, mens Figur 4b illustrerer at det eksisterer, eller kan eksistere, optimale valg for strømningsmengde gjennom dysene. Figur 5 illustrerer styringsdelen av oppfinnelsen. Systemet er her vist med 2 dyser (N=2). Figur 6 a og b viser omfanget av tilbakestrømninger slik disse blir beregnet ved hjelp av numeriske strømningsberegningsverktøy. Fig. 7 viser et spinnelement som anvendes i en utføre Ises form av oppfinnelsen. Fig. 8 viser hvordan spinnelementet endrer retningen til vannstrømmen i dysen. Figure 2 shows parameters that define the alignment of the nozzles when these are studied in the horizontal plane. The system is shown with 5 nozzles (N=5). Figure 3 shows parameters that define the alignment of the nozzles when these are studied in the vertical plane. Figure 4a shows a cross-section of a nozzle, while Figure 4b illustrates that there exists, or may exist, optimal choices for the amount of flow through the nozzles. Figure 5 illustrates the control part of the invention. The system is shown here with 2 nozzles (N=2). Figure 6 a and b shows the extent of return flows as these are calculated using numerical flow calculation tools. Fig. 7 shows a spinning element used in an embodiment of the invention. Fig. 8 shows how the spinning element changes the direction of the water flow in the nozzle.
Oversikt over parametere som brukes i figurer og tekst Overview of parameters used in figures and text
D Hydraulisk diameter. Benyttes også som et mål på minste tverrsnitt A, da hydraulisk diameter defineres som D=4A/P der A er minste tverrsnitt og P er vætet omkrets. For et sirkulært, minste tverrsnitt, er A =7iD<2>/4, men P=7iD, slik at D=D. D Hydraulic diameter. Also used as a measure of the smallest cross-section A, as hydraulic diameter is defined as D=4A/P where A is the smallest cross-section and P is the wetted circumference. For a circular, smallest cross-section, A =7iD<2>/4, but P=7iD, so that D=D.
Du Utløpsdiameter på turbinløpehjul, og sugerørets innløpsdiameter. You The outlet diameter of the turbine impeller, and the inlet diameter of the suction pipe.
N Antall dyser spredt langs periferien på sugerøret. N Number of nozzles scattered along the periphery of the suction pipe.
s Vertikal avstand fra sugerørets innløp til skjæring mellom dyser og sugerør. s Vertical distance from the inlet of the suction pipe to the intersection between the nozzles and the suction pipe.
si Individuell vertikal avstand for dyse nummer i. si Individual vertical distance for nozzle number i.
a Vinkelen i horisontalplanet mellom nabodyser a The angle in the horizontal plane between neighboring objects
al Vinkel mellom dyse nummer 1 og 2 i horisontalplanet ai Vinkel mellom dyse nummer i og i+1 i horisontalplanet. Dersom i=N vil al Angle between nozzle number 1 and 2 in the horizontal plane ai Angle between nozzle number i and i+1 in the horizontal plane. If i=N will
dyse nummer i+1 være identisk med dyse nummer 1. nozzle number i+1 be identical to nozzle number 1.
P Vinkelen senterlinja på dyse danner med tangenten til sugerøret i P The angle the center line of the nozzle forms with the tangent to the suction tube i
horisontalplanet the horizontal plane
pi p vinkel for dyse nummer 1 pi p angle for nozzle number 1
pi p vinkel for dyse nummer i pi p angle for nozzle number i
y Vinkelen senterlinja på dyse danner med tangenten til sugerøret i y The angle the center line of the nozzle forms with the tangent to the suction pipe i
vertikalplanet the vertical plane
yi y vinkel for dyse nummer i yi y angle for nozzle number i
Horisontalplanet defineres som det planet som har turbinens akselsenter som flatenormal. The horizontal plane is defined as the plane that has the turbine's shaft center as the surface normal.
Vertikalplanet defineres som horisontalplanet dreid 90 grader om en linje normalt på turbinens akselsenter. The vertical plane is defined as the horizontal plane rotated 90 degrees about a line normal to the turbine's shaft centre.
Det skal bemerkes at turbinens akselsenter i de aller fleste tilfeller vil sammenfalle med den sentrale lengdeaksen til innløpet hos sugerøret under turbinen. It should be noted that in the vast majority of cases the turbine's shaft center will coincide with the central longitudinal axis of the inlet at the suction pipe below the turbine.
DETALJERT BESKRIVELSE AV OPPFINNELSEN DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Sugerørsinjeksjonssystemet er vist i figur 1. Det består av et N antall dyser 2 som er påmontert et sugerør 1. Dysene 2 er montert slik at de danner vinklene P og y, se figur 2 og 3, med tangentiell linje 6 i skjæringspunktet mellom dysene 2 og sugerøret 1 i henholdsvis et horisontalt og et vertikalt plan når turbinaksen 4 definerer den vertikale retningen. Turbinaksen definerer dermed flatenormalen til horisontalplanet. For verdier av p mellom 0 og 90 grader vil dysene 2 injisere arbeidsmediet mot rotasjonsretningen 5 til turbinen. The suction pipe injection system is shown in figure 1. It consists of an N number of nozzles 2 which are mounted on a suction pipe 1. The nozzles 2 are mounted so that they form the angles P and y, see figures 2 and 3, with tangential line 6 at the intersection of the nozzles 2 and the suction pipe 1 respectively in a horizontal and a vertical plane when the turbine axis 4 defines the vertical direction. The turbine axis thus defines the surface normal to the horizontal plane. For values of p between 0 and 90 degrees, the nozzles 2 will inject the working medium against the direction of rotation 5 of the turbine.
Avstanden mellom den enkelte dyse 2 defineres ved hjelp av vinkelen a, se figur 2. Antallet dyser N, verdien på a og vertikal avstand s mellom sugerørets 1 innløp 3 og dysene 2 bestemmes på bakgrunn av målinger eller strømningstekniske analyser på sugerøret med og uten sugerørsinjeksjonssystemet. The distance between the individual nozzles 2 is defined using the angle a, see figure 2. The number of nozzles N, the value of a and the vertical distance s between the inlet 3 of the suction pipe 1 and the nozzles 2 are determined on the basis of measurements or flow engineering analyzes on the suction pipe with and without the suction pipe injection system .
Antall dyser N er fortrinnsvis mellom 1 og 7. Dette gir en vinkel a på henholdsvis 360° og 52°, forutsatt at avstanden mellom alle dysene er like. The number of nozzles N is preferably between 1 and 7. This gives an angle a of 360° and 52° respectively, provided that the distance between all the nozzles is the same.
Vinkelen y er fortrinnsvis mellom 0° og 80°, hvor vinkler i det lavere området er foretrukket for å dempe lavlastvirvler i senter av sugerør, mens vinkler i det høyere området er foretrukket for å dempe separasjon og tilhørende tilbakestrømninger. Vinkelen y er mer foretrukket mellom 10° - 50°. The angle y is preferably between 0° and 80°, where angles in the lower range are preferred to dampen low-load vortices in the center of straws, while angles in the higher range are preferred to dampen separation and associated backflows. The angle y is more preferably between 10° - 50°.
Vinkelen p er fortrinnsvis mellom 20° - 70°, mer foretrukket mellom 30° - 60°, og enda mer foretrukket ca 40°. Som nevnt ovenfor er denne vinkelen fortrinnsvis motsatt av dreieretningen 5 til turbinen, for å motvirke tangentielle strømningsretninger hos vannstrømmen i sugerøret. The angle p is preferably between 20° - 70°, more preferably between 30° - 60°, and even more preferably about 40°. As mentioned above, this angle is preferably opposite to the direction of rotation 5 of the turbine, in order to counteract tangential flow directions of the water flow in the suction pipe.
Vannet som injiseres gjennom dysene 2 til sugerøret har fortrinnsvis et injeksjonstrykk lavere enn trykket oppstrøms turbinen. The water that is injected through the nozzles 2 to the suction pipe preferably has an injection pressure lower than the pressure upstream of the turbine.
Injeksjonen av vann gjennom dysene 2 skjer fortrinnsvis kontinuerlig. Det skal bemerkes at mengden injisert vann gjennom dysene 2 i samsvar med den foreliggende oppfinnelsen ikke bør overstige ca 10% av mengden vann som passerer gjennom turbinen. The injection of water through the nozzles 2 preferably takes place continuously. It should be noted that the amount of water injected through the nozzles 2 in accordance with the present invention should not exceed about 10% of the amount of water passing through the turbine.
I figur 4a vises detaljer av dysen 2. Dysen har her form som en fastmontert rørstuss, og er kjennetegnet ved hydraulisk diameter D. Hydraulisk diameter på dysen bestemmes slik at minste tverrsnitt tilpasses tilgjengelig trykkhøyde eller vannmengde oppstrøms dysen, men også en optimal vannføring for styrende parametere, a, p, y, N og s, se eksempel i figur 4b. Internt i sugerøret vil en optimal parameterkombinasjon også oppleves som mindre tendenser til tilbakestrømning og reduksjon av maksimale hastigheter gjennom tverrsnitt, se figur 6. Figure 4a shows details of nozzle 2. Here, the nozzle has the shape of a fixed pipe socket, and is characterized by hydraulic diameter D. The hydraulic diameter of the nozzle is determined so that the smallest cross-section is adapted to the available pressure head or water quantity upstream of the nozzle, but also an optimal water flow for controlling parameters, a, p, y, N and s, see example in figure 4b. Internally in the suction pipe, an optimal parameter combination will also be experienced as less tendency to backflow and reduction of maximum velocities through the cross section, see figure 6.
Oppfinnelsen har som formål å redusere støy og vibrasjoner ved lave laster, typisk 30% av nominell effekt, men også større enn dette. I eksemplet i figur 4b er det vist en konfigurasjon som virker på en turbin med nominell effekt 4 MW, en trykkhøyde på 150 meter vannsøyle og et turtall på 750 omdreininger per minutt. The purpose of the invention is to reduce noise and vibrations at low loads, typically 30% of nominal power, but also greater than this. In the example in Figure 4b, a configuration is shown that works on a turbine with a nominal output of 4 MW, a pressure head of 150 meters of water column and a speed of 750 revolutions per minute.
I figur 5 illustreres styringsorganer som brukes for å bestemme mengden av turbinens arbeidsmedium som strømmer gjennom dysene 2. Fra et inntak 7 passerer vannet gjennom væskeførende transportforordninger 8, som rør og slanger, gjennom en første styringsventil 9, som er montert oppstrøms en fordeler 10 som splitter totalt injisert mengde medium, tilsvarende arbeidsmediet til turbinen, til de respektive dysen 2 gjennom et antall avstikkere 12 som tilsvarer antallet N dyser 2 i systemet. Mellom fordeleren 10 og dysene 2 kan det monteres et nytt sett med andre, individuelle styringsventiler 11. Styringen av første og andre styringsventilene 9,11 skjer kontinuerlig for å optimalisere trykknivået til injeksjonsmedium ved injeksjons systemets inntak 7 med hensyn til turbinens driftspunkt til enhver tid. Figure 5 illustrates control devices used to determine the amount of the turbine's working medium flowing through the nozzles 2. From an intake 7, the water passes through liquid-carrying transport arrangements 8, such as pipes and hoses, through a first control valve 9, which is mounted upstream of a distributor 10 which splits the total injected amount of medium, corresponding to the working medium of the turbine, to the respective nozzles 2 through a number of branches 12 that correspond to the number of N nozzles 2 in the system. Between the distributor 10 and the nozzles 2, a new set of second, individual control valves 11 can be mounted. The control of the first and second control valves 9,11 takes place continuously in order to optimize the pressure level of the injection medium at the injection system's intake 7 with regard to the turbine's operating point at all times.
Som nevnt ovenfor vil injisert vannmengde fortrinnsvis være null ved optimalt driftspunkt for turbinen, mens for lavere driftspunkter vil injisert vannmengde øke opp mot 10 % av vannmengden som passerer turbinen ved det aktuelle driftspunktet. Figur 6a og b viser omfanget av tilbakestrømninger slik disse blir beregnet ved hjelp av numeriske strømningsberegningsverktøy. For figur 6a gjelder en vannføring på 20% av maksimal belastning og ingen injeksjon, for figur 6b gjelder en vannføring på 20% og en injeksjon på 4% av maksimal belastning. Injeksjon skjer gjennom 5 dyser, mens vinklene y=30° og P=45°. Figurene viser konturverdier av aksielle hastigheter gjennom et snitt på sugerøret, se Figur 1, nedstrøms injeksjonspunktene. Arealet innenfor konturlinjen merket null indikerer tilbakestrømninger, og denne ses å minske for strømningen med injeksjon. Det er også verdt å merke at høyeste hastighet gjennom tverrsnittet er redusert for tilfellet med injeksjon, dette er gunstig for virkningsgraden til sugerøret og turbinsystemet. Tilbakestrømningen er som nevnt innledningsvis en av hovedårsakene til uønsket støy og vibrasjoner i sugerøret, og fra figurene sees det nå at disse er redusert vesentlig. Følgelig kan turbinen kjøres også i driftsområdet angitt ovenfor uten fare for materialtretthet og slitasje som vanligvis oppstår i dette driftsområdet. As mentioned above, the injected amount of water will preferably be zero at the optimal operating point for the turbine, while for lower operating points the injected amount of water will increase up to 10% of the amount of water that passes the turbine at the relevant operating point. Figures 6a and b show the extent of return flows as these are calculated using numerical flow calculation tools. For figure 6a, a water flow of 20% of the maximum load and no injection applies, for figure 6b a water flow of 20% and an injection of 4% of the maximum load applies. Injection takes place through 5 nozzles, while the angles y=30° and P=45°. The figures show contour values of axial velocities through a section of the suction pipe, see Figure 1, downstream of the injection points. The area within the contour line marked zero indicates backflows, and this is seen to decrease for the flow with injection. It is also worth noting that the highest velocity through the cross-section is reduced for the case of injection, this is beneficial for the efficiency of the suction pipe and the turbine system. As mentioned at the outset, the backflow is one of the main causes of unwanted noise and vibrations in the suction pipe, and from the figures it can now be seen that these have been reduced significantly. Consequently, the turbine can also be run in the operating range indicated above without the risk of material fatigue and wear that usually occurs in this operating range.
Det kan nevnes at i testen som ble utført, og som er beskrevet ovenfor i forbindelse med fig. 4, var det for personene som stod i nærheten av sugerøret merkbart hvordan støyen og vibrasjonene ble redusert ved injeksjon av vann gjennom dysene i forhold til når injeksjonen av vann gjennom dysene opphørte. It may be mentioned that in the test which was carried out, and which is described above in connection with fig. 4, it was noticeable to the people standing near the straw how the noise and vibrations were reduced when water was injected through the nozzles compared to when the injection of water through the nozzles ceased.
I beskrivelse ovenfor er det antatt at injeksjonen av vann skjer i en tilnærmet aksiell retning gjennom dysene 2, det vil si at vannstrømmen har samme retning som lengderetningen til dysene 2.1 en alternativ utførelsesform vil det være mulig å anbringe et spinnelement nært utløpet av dysene 2, som endrer retningen til vannstrømmen slik at den i tillegg får en tangentiell, der aksiell retning er definert av lengderetning for dysen, retningskomponent før vannstrømmen i dysene 2 ankommer hovedvannstrømmen i sugerøret. Et slikt spinnelement er vist i fig. 7. Spinnelementet omfatter her et senterlegeme 31 med skovler 32 som tilfører vannstrømmen den tangentielle retningskomponenten som nevnt ovenfor. En illustrasjon av vannstrømmen før og etter spinnelementet er vist i fig. 8. In the description above, it is assumed that the injection of water takes place in an approximately axial direction through the nozzles 2, that is to say that the water flow has the same direction as the longitudinal direction of the nozzles 2.1 an alternative embodiment, it will be possible to place a spinning element close to the outlet of the nozzles 2, which changes the direction of the water flow so that it also has a tangential, where the axial direction is defined by the longitudinal direction of the nozzle, directional component before the water flow in the nozzles 2 arrives at the main water flow in the suction pipe. Such a spinning element is shown in fig. 7. The spinning element here comprises a central body 31 with vanes 32 which supply the water flow with the tangential directional component as mentioned above. An illustration of the water flow before and after the spinning element is shown in fig. 8.
Spinnelementets skovler 32 løper kontinuerlig langs utsiden av senterlegemet 31 og er således festet til innsiden av dysene 2 langs sin ytre kant. Skovlene har en innløpskant 32 og en utløpskant 33, hvor skovlen er krummet langs lengdeaksen til senterlegemet, som vist i fig. 7. The blades 32 of the spinning element run continuously along the outside of the central body 31 and are thus attached to the inside of the nozzles 2 along their outer edge. The vanes have an inlet edge 32 and an outlet edge 33, where the vane is curved along the longitudinal axis of the central body, as shown in fig. 7.
Mange modifikasjoner og tilpasninger av den foreliggende oppfinnelsen vil naturlig fremstå for fagfolk, enten ved tolkning av den ovenstående detaljerte beskrivelsen av oppfinnelsen eller ved praktisering av oppfinnelsen. Many modifications and adaptations of the present invention will naturally appear to those skilled in the art, either upon interpretation of the above detailed description of the invention or upon practice of the invention.
Den ovenstående detaljerte beskrivelsen er fremlagt spesielt i den hensikt å illustrere og beskrive fordelaktige utførelsesformer av oppfinnelsen. Beskrivelsen begrenser imidlertid på ingen måte oppfinnelsen til de spesifikke utførelsesformer som er detaljert beskrevet. The above detailed description is presented specifically for the purpose of illustrating and describing advantageous embodiments of the invention. However, the description in no way limits the invention to the specific embodiments that are described in detail.
Dimensjoneringen av anordningen i samsvar med oppfinnelsen vil selvfølgelig være avhengig av dimensjonene til det øvrige turbinsystemet. De ulike parameterne, slik som vinklene a (det vil si antallet dyser), P og y (det vil si horisontal og vertikal vinkelorientering), s (det vil si avstanden mellom innløpet til sugerøret og dysene) og hvorvidt spinnelement bør anvendes eller ikke, må derfor tilpasses hvert turbinsystem. The dimensioning of the device in accordance with the invention will of course depend on the dimensions of the other turbine system. The various parameters, such as the angles a (that is, the number of nozzles), P and y (that is, horizontal and vertical angular orientation), s (that is, the distance between the inlet of the suction pipe and the nozzles) and whether or not a spinning element should be used, must therefore be adapted to each turbine system.
Claims (22)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| NO20071940A NO333114B1 (en) | 2004-10-18 | 2007-04-16 | Apparatus and method for reducing noise and vibration in a suction pipe |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| NO20044391A NO20044391D0 (en) | 2004-10-18 | 2004-10-18 | Device and method of suction pipe |
| PCT/NO2005/000391 WO2006043824A1 (en) | 2004-10-18 | 2005-10-18 | Device and method for suction pipe |
| NO20071940A NO333114B1 (en) | 2004-10-18 | 2007-04-16 | Apparatus and method for reducing noise and vibration in a suction pipe |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| NO20071940L NO20071940L (en) | 2007-04-16 |
| NO333114B1 true NO333114B1 (en) | 2013-03-04 |
Family
ID=38093107
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| NO20071940A NO333114B1 (en) | 2004-10-18 | 2007-04-16 | Apparatus and method for reducing noise and vibration in a suction pipe |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| NO (1) | NO333114B1 (en) |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS61178563A (en) * | 1985-02-01 | 1986-08-11 | Fuji Electric Co Ltd | Draft tube of waterwheel |
| JPS6388278A (en) * | 1986-10-02 | 1988-04-19 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | Water column separation suppressing method |
-
2007
- 2007-04-16 NO NO20071940A patent/NO333114B1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS61178563A (en) * | 1985-02-01 | 1986-08-11 | Fuji Electric Co Ltd | Draft tube of waterwheel |
| JPS6388278A (en) * | 1986-10-02 | 1988-04-19 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | Water column separation suppressing method |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| NO20071940L (en) | 2007-04-16 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Kan et al. | Pump as turbine cavitation performance for both conventional and reverse operating modes: A review | |
| Wang et al. | Effects of flow rate and rotational speed on pressure fluctuations in a double-suction centrifugal pump | |
| Anup et al. | CFD study on prediction of vortex shedding in draft tube of Francis turbine and vortex control techniques | |
| Pei et al. | Numerical analysis of periodic flow unsteadiness in a single-blade centrifugal pump | |
| Makhmud et al. | Forecasting factors affecting the water preventionof centrifugal pumps | |
| Glovatskiy et al. | Experimental and theoretical studies of pumps of irrigation pumping stations | |
| Furukawa et al. | Pressure fluctuation in a vaned diffuser downstream from a centrifugal pump impeller | |
| US7802960B2 (en) | Device and method for suction pipe | |
| Zhou et al. | Effect of volute geometry on radial force characteristics of centrifugal pump during startup | |
| Rustamovich et al. | Constructive peculiarities of modernizedcentrifugal pump | |
| Choi et al. | Shape effect of inlet nozzle and draft tube on the performance and internal flow of cross-flow hydro turbine | |
| Glovatskiy et al. | Establishment of resource-saving modes of irrigation pumps | |
| Tanaka et al. | Transient characteristics of a centrifugal pump at rapid startup | |
| NO333114B1 (en) | Apparatus and method for reducing noise and vibration in a suction pipe | |
| Platonov et al. | An experimental investigation of the air injection effect on the vortex structure and pulsation characteristics in the Francis turbine | |
| Tanasa et al. | Experimental and numerical analysis of decelerated swirling flow from the discharge cone of hydraulic turbines using pulsating jet technique | |
| Guo et al. | Anti-cavitation performance of a splitter-bladed inducer under different flow rates and different inlet pressures | |
| Huang et al. | Experimental and numerical investigation on the dynamic response of reactor coolant pump rotor under different inflow conditions | |
| Adolfsson | Expanding operation ranges using active flow control in Francis turbines | |
| Tan et al. | Experimental investigation of unsteady characteristics in a single-channel pump | |
| Schiavello et al. | Abnormal vertical pump suction recirculation problems due to pump-system interaction | |
| Pejovic | Troubleshooting of turbine vortex core resonance and air introduction into the draft tube | |
| Sloteman et al. | Demonstration of cavitation life extension for suction-stage impellers in high energy pumps | |
| Parsasadr et al. | Waterhammer caused by intermittent pump failure in pipe systems including parallel pump groups | |
| Bosioc et al. | Hydrodynamic analysis of the flow in an axial rotor and impeller for large storage Pump |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| CHAD | Change of the owner's name or address (par. 44 patent law, par. patentforskriften) |
Owner name: STATKRAFT ENERGI AS, NO |
|
| MM1K | Lapsed by not paying the annual fees |