Investigation of the fluid-structure dynamics during transient operation of Francis turbines - Tr-FRANCIS

混流式水轮机瞬态运行期间的流固动力学研究 - Tr-FRANCIS

• 批准号: 507814-2016
• 负责人: Houde, Sébastien
• 金额: $ 35.29万
• 依托单位: Université Laval
• 依托单位国家: 加拿大
• 项目类别: Collaborative Research and Development Grants
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 加拿大
• 起止时间: 2021-01-01 至 2022-12-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://www.nserc-crsng.gc.ca/ase-oro/Details-Detailles_eng.asp?id=719295
• 关键词: Investigation; fluid; structure; dynamics; during

Hydro-electricity represents 60% of the electricity produced in Canada. In the last 20 years hydro-electricity production has evolved to accommodate market deregulation and the introduction of intermittent energy sources on the power grid. Hydraulic turbines thus saw an increase in the number of start sequences and in the amount of time spent in no-load conditions for spinning reserve. Those changes exacerbated structural problems leading, among other, to fatigue cracks at the trailing edges of the runner blades and consequently to production losses and increased maintenance cost. The Laboratory of Hydraulic Machines (LAMH) form Laval University along with the members of the Consortium on Hydraulic Machines (ANDRITZ Hydro, GE Renewable Energy, VOITH Hydro, EDF and Hydro-Québec) have agreed to undertake the Tr-FRANCIS research project aimed at studying fluid-structure interactions during transient and no-load regimes in Francis turbines. This pre-competitive project, supported also by the InnovÉE grant agency, will provide the R&D departments of the participating industrial partners with knowledge, tools and methodologies to optimize turbine designs or operation in order to increase flexibility without penalizing the machine life. This may in turn ease the integration of new energy sources on the power grid.Through collaboration between researchers in hydrodynamic, fluid-structure interaction and vibration, Tr-FRANCIS main objective is to:"Identify, describe and parametrize, through measurements and simulations, the flow induced excitations influencing the lifetime of medium head Francis turbine runners during start-up sequences and no-load operation."Investigations will focus on a scaled down model turbine representing a 140 MW production unit. Through novel measurements and simulations, Tr-FRANCIS will provide a unique insight into the complex fluid-structure interactions in the most widely installed type of hydro-turbine.#(cr)#(lf)L'hydro-électricité représente 60% de la production électrique canadienne. Depuis environ 20 ans, le mode d'opération des turbines hydrauliques a évolué pour permettre de prendre en compte l'ouverture des marchés et l'introduction sur les réseaux de sources d'énergies intermittentes. Les turbines hydrauliques sont soumises à plus de démarrages et passent plus de temps dans des régimes sans charge pour fournir de la réserve tournante. Ces changements ont amplifié les problèmes de vieillissement structuraux se traduisant par une augmentation des problèmes de fissuration sur les aubes des roues engendrant ainsi des pertes de production et une augmentation des coûts d'entretien.Le Laboratoire de Machines Hydrauliques de l'Université Laval (LAMH) ainsi que les membres du Consortium en Machines Hydrauliques (ANDRITZ HYDRO Canada, GE Renewable Energy, VOITH Hydro, EDF et Hydro-Québec) ont décidé d'entreprendre le projet Tr-FRANCIS dont l'objectif est d'étudier les interactions fluide-structure lors des démarrages ou de l'opération en régime sans charge d'une turbine Francis. Ce projet précompétitif, subventionné aussi par InnovÉE, devrait permettre aux partenaires industriels d'optimiser la conception et l'opération des turbines Francis pour en accroître la flexibilité d'exploitation sans pénaliser leur durée de vie.Au travers d'une collaboration entre des chercheurs en hydrodynamique, en interaction fluide-structure et en vibration, l'objectif principal de Tr-FRANCIS est d' :"Identifier, décrire et paramétrer, par le biais de mesures et de simulations, les excitations induites par les écoulements qui influencent la durée de vie des roues de turbines Francis de moyenne chute pendant des séquences de démarrage et le fonctionnement à vide."Les recherches sont centrées autour d'une turbine Francis modèle représentant une turbine de 140 MW. Au travers d'innovations en mesures et en simulations, Tr-FRANCIS livrera un regard unique et nouveau sur les interactions fluide-structures dans le type de turbine le plu

水力发电占加拿大发电量的 60%。在过去 20 年中，水力发电的发展适应了市场放松管制和电网间歇性能源的引入，因此水力涡轮机的数量有所增加。这些变化加剧了结构问题，导致转轮叶片后缘出现疲劳裂纹，从而导致生产损失和维护成本增加。拉瓦尔大学液压机械实验室 (LAMH) 与液压机械联盟成员（ANDRITZ Hydro、GE Renewable Energy、VOITH Hydro、EDF 和 Hydro-Québec）已同意开展 Tr-FRANCIS 研究项目，旨在研究混流式涡轮机瞬态和空载状态下的流体-结构相互作用。这个预竞争项目也得到了 InnovÉE 资助机构的支持，将提供工业参与合作伙伴的研发部门拥有知识、工具和方法来优化涡轮机设计或操作，以提高灵活性而不影响机器寿命，这反过来可能会简化新能源在电网上的整合。通过研究人员之间的合作。在水动力、流体-结构相互作用和振动方面，Tr-FRANCIS 的主要目标是：“通过测量和模拟，识别、描述和参数化影响启动序列期间中水头混流式水轮机转轮寿命的流动引起的激励“研究将集中在代表 140 MW 生产装置的缩小模型涡轮机上。通过新颖的测量和模拟，Tr-FRANCIS 将为最广泛安装的类型中复杂的流固相互作用提供独特的见解水轮机。#(cr)#(lf)L'Hydro-Electricitérepresente 60% de la production électrique canadienne 20 ans，水轮机的操作模式是一种无间歇能源管理的全面发展和介绍。 fournir de la réserve Tournante。拉瓦尔大学 (LAMH) 是液压机械联盟的成员（加拿大安德里茨水电公司、通用电气可再生能源公司、福伊特水电公司、法国电力公司和魁北克水电公司）共同决定 Tr-FRANCIS 项目的创业流体结构相互作用研究弗朗西斯涡轮机运营。 Leur durée de vie. Au travers d'une Collaboration entre des chercheurs en Hydrodynamique, en 相互作用流体结构和振动，l'objectifprinciple de Tr-FRANCIS est d'：“标识符，décrire et paramétrer，par le biais de mesures模拟和影响持续时间的激励因素“140 MW 涡轮机自动研究中心。Au travers d'innovations en mesures et en simulations, Tr-FRANCIS livrera un note unique et nouveau关于 plu 涡轮机类型中流体结构的相互作用