Modellerer gamle turbiner

GE Hydro skal levere nye løpehjul til fem gamle vannkraftanlegg for Statkraft. Med en total samlet effekt 770 MW, er dette det største moderniseringsprosjekter for Statkraft som er iverksatt i Norge.

Turbinene er opp imot 50 år gamle, og ved å skifte til løpehjul med moderne design er det mulig å øke virkningsgraden med flere prosent.

Modeller

Før leveransene ble modellturbiner fysisk testet å avdekke ytterligere forbedringsmuligheter. Det ga dessuten en bekreftelse på at garantiene holdt mål. Fysiske modeller av turbinene målestokk 1:5, bygges i utgangspunktet på grunnlag av gamle, todimensjonale tegninger.

Der disse mangler, eller der det har oppstått betydningsfulle avvik, er det nødvendig å måle opp geometrier direkte på anlegget. For komponenter med kompleks geometri, er det ofte hensiktsmessig å ty til tredimensjonale oppmålingsmetoder. Visse metoder muliggjør også produksjon direkte fra punktskyer uten tidkrevende flatemodellering.

Nøyaktige geometribeskrivelser og god kontroll i hele prosessen fra innhenting av eksisterende geometri til utvikling, produksjon og montasje av nye turbindeler er nødvendig. Høy kompetanse på komplekse strømningsforhold i turbiner og bruk av moderne teknikker hjelper lite om utgangspunktet er svakt.

Produktutviklingsselskapet FEM Design er innleid av GE Hydro for å digitalisere komplekse geometrier på anlegg. De skaffer frem komplette, tredimensjonale (3D) modeller av turbinskovler og andre betydningsfulle komponenter, samt innbyrdes beliggenhet.

Måleutstyret er såpass fleksibelt at det kan tas med ned i turbinhuset, slik at løpehjul verken trenger å løftes ut eller demonteres. Ved å skanne løpehjul, vil et eller flere bilder tas. Et bilde med en punktsky kan inneholde over en million målepunkter.

Videreforedling av data

Punktskyene prosesseres og settes sammen til hele bilder. Dette gjøres gjennom referansepunkter plassert på løpehjul. Deretter polygoniseres punktdata, slik at matematiske geometrimodeller kan genereres.

Basert på 3D-DAK, vil en svært nøyaktig prototyp laget i plastmateriale produseres i en 3D-skriver ved FEM Designs prototyp-laboratorium i Trondheim. På basis av prototypmodellen bygges en silikonform, og det gitte antall skovler til det aktuelle løpehjulet støpes i polyuretan.

Ut fra 3D-modellen bestemmes skovlenes plassering på løpehjulet, samt at andre strategisk nødvendige mål kan tas ut og benyttes i oppbyggingen av den komplette turbinmodellen som benyttes i laboratoriet. GE utfører dermed virkningsgradstesten av det eksisterende anlegget, der modellen også antyder hvilke endringer som kan tillates blant annet med hensyn til plass.

Verdiene fra testen vurderes opp mot hva som forventes optimalt, og dette danner grunnlaget for hvorvidt gevinsten i form av økt virkningsgrad forsvarer en komplett eller delvis utskiftning av anlegget.