ALSTOM Hooped Pelton turbin - Energi Norge
ALSTOM Hooped Pelton turbin - Energi Norge
ALSTOM Hooped Pelton turbin - Energi Norge
Create successful ePaper yourself
Turn your PDF publications into a flip-book with our unique Google optimized e-Paper software.
PTK 2010<br />
Del 1: Erfaringer fra FUNNA<br />
Del 2: <strong>ALSTOM</strong> <strong>Hooped</strong> <strong>Pelton</strong> <strong>turbin</strong><br />
9. mars, 2010<br />
Hanne Tenggren, NTE<br />
Sebastian Videhult, <strong>ALSTOM</strong>
• Funna – prosjektbeskrivelse<br />
• Utfordringer med <strong>turbin</strong>en<br />
• Undersøkelser<br />
• Analyse<br />
• Korreksjoner og tiltak<br />
• Resultat og kontroll<br />
PTK 2010 – Erfaringer fra Funna og <strong>ALSTOM</strong> <strong>Hooped</strong> <strong>Pelton</strong> <strong>turbin</strong> 2
Funna - prosjektbeskrivelse<br />
Leka<br />
Kolsvik<br />
NORDLAND<br />
NYE FUNNA KRAFTVERK<br />
– idriftsatt desember 2007<br />
Namsskogan<br />
Limingen<br />
Rørvik<br />
Ytre Namdal, Kolvereid<br />
Røyrvikfoss<br />
Vikna<br />
Vindmøllepark<br />
Tunnsjødal<br />
Tunnsjø<br />
Hundhammerfjellet Åsmulfoss<br />
Vindmøllepark<br />
Tunnsjøfoss<br />
Linnvasselv<br />
Aunfoss<br />
Øvre Fiskumfoss<br />
Lauvsnes<br />
Overhalla<br />
Nedre Fiskumfoss<br />
Lierne<br />
Indre Namdal, Grong<br />
Namsos<br />
SØR-<br />
TRØNDELAG<br />
Brattingfoss<br />
Follafoss<br />
Ormsetfoss<br />
Malm<br />
Inderøy<br />
Bogna<br />
STEINKJER<br />
Snåsa<br />
Hovedkontor<br />
Vanvikan<br />
Trondheim<br />
Mosvik<br />
Leksvik<br />
Frosta<br />
Stjørdal<br />
Verdal<br />
Levanger<br />
Skogn<br />
Funna<br />
Meråker<br />
Tevla<br />
Avdelingskontor<br />
Nett/Installasjon<br />
Nett/inst.enheter<br />
NTE expertbutikk<br />
Kraftstasjon<br />
Vindmøllepark4<br />
PTK 2010 – Erfaringer fra Funna og <strong>ALSTOM</strong> <strong>Hooped</strong> <strong>Pelton</strong> <strong>turbin</strong> 3
Gamle Funna Kraftverk<br />
Funna - prosjektbeskrivelse<br />
- Utbygd av Elkem i 1937-1938.<br />
- 8 MW <strong>Pelton</strong> aggregat,<br />
- Pålegg fra NVE om utskifting av<br />
1900 m rørgate av smisveiste<br />
stålrør<br />
- Modent for utfasing<br />
- 8000 driftstimer per år.<br />
- 56 GWh<br />
PTK 2010 – Erfaringer fra Funna og <strong>ALSTOM</strong> <strong>Hooped</strong> <strong>Pelton</strong> <strong>turbin</strong> 4
Funna - prosjektbeskrivelse<br />
Nye Funna Kraftverk<br />
- Fallhøyde Hn=332 meter<br />
- 20.6 MW Francis <strong>turbin</strong><br />
- Beregnet produksjon 65 GWh<br />
- Turbin, hovedventil og<br />
generator levert av <strong>ALSTOM</strong><br />
PTK 2010 – Erfaringer fra Funna og <strong>ALSTOM</strong> <strong>Hooped</strong> <strong>Pelton</strong> <strong>turbin</strong> 5
• Funna – prosjektbeskrivelse<br />
• Utfordringer med <strong>turbin</strong>en<br />
• Undersøkelser<br />
• Analyse<br />
• Korreksjoner og tiltak<br />
• Resultat og kontroll<br />
PTK 2010 – Erfaringer fra Funna og <strong>ALSTOM</strong> <strong>Hooped</strong> <strong>Pelton</strong> <strong>turbin</strong> 6
Sprekk i løpehjulsblad<br />
• Juni 2008 - 3000 timers drift<br />
• Sprekk oppdaget i 2 blad<br />
Utfordringer med <strong>turbin</strong>en<br />
Skader i labyrintringer<br />
• Øvre og nedre ring og hjul<br />
Virkningsgrad lavere en garantert<br />
• Juni 2009 - Termodynamisk<br />
virkningsgradsmåling<br />
• Virkningsgrad målt lavere en<br />
garantert<br />
PTK 2010 – Erfaringer fra Funna og <strong>ALSTOM</strong> <strong>Hooped</strong> <strong>Pelton</strong> <strong>turbin</strong> 7
• Funna – prosjektbeskrivelse<br />
• Utfordringer med <strong>turbin</strong>en<br />
• Undersøkelser<br />
• Analyse<br />
• Korreksjoner og tiltak<br />
• Resultat og kontroll<br />
PTK 2010 – Erfaringer fra Funna og <strong>ALSTOM</strong> <strong>Hooped</strong> <strong>Pelton</strong> <strong>turbin</strong> 8
Undersøkelser – sprekk i løpehjul<br />
Sprekk i løpehjulsblad<br />
Skovl 10 og 13<br />
• Sprekk ved ring<br />
• Synlig på trykk- og sugeside<br />
• 70 mm lengde<br />
Skovl 10<br />
Skovl 4<br />
Skovl 13<br />
• Indikasjon ved ring<br />
• Ikke åpen mot overflaten<br />
• 30 mm lengde<br />
PTK 2010 – Erfaringer fra Funna og <strong>ALSTOM</strong> <strong>Hooped</strong> <strong>Pelton</strong> <strong>turbin</strong> 9
Spenningsanalyse<br />
Undersøkelser – sprekk i løpehjul<br />
- Spenningsnivå innenfor designkriteria<br />
- Ingen spenningskonsentrasjoner i<br />
område for sprekk og defekt<br />
Dynamisk analyse<br />
- Differanse mellom egenfrekvenser i<br />
løpehjul og påtrykte frekvenser er innenfor<br />
designkriteria<br />
PTK 2010 – Erfaringer fra Funna og <strong>ALSTOM</strong> <strong>Hooped</strong> <strong>Pelton</strong> <strong>turbin</strong> 10
Materialkvalitet<br />
Undersøkelser – sprekk i løpehjul<br />
- Materialets mekaniske egenskaper tilfredsstiller spesifikasjonen<br />
Produksjonsprosess<br />
- Prosedyrer for varmebehandling gjennomført i henhold til spesifikasjon<br />
- Sveisereparasjon av mindre defekter utført med lokal varmebehandling. Ingen<br />
relasjon påvist mellom lokale sveisereparasjoner og sprekker.<br />
Drift<br />
- Maskinen kjørt ved ~80% last 95% av tiden<br />
Kontakt løpehjul - labyrintringer<br />
- Den visuelle inspeksjonen viste at løpehjul og<br />
labyrintringer har vært i mekanisk kontakt<br />
- Innfesting av styrelager ikke optimal<br />
PTK 2010 – Erfaringer fra Funna og <strong>ALSTOM</strong> <strong>Hooped</strong> <strong>Pelton</strong> <strong>turbin</strong> 11
Hydraulisk design<br />
Undersøkelser – lav virkningsgrad<br />
- Modelltester med homolog vannvei gjennomført<br />
- Virkningsgradsgarantier basert på resultater fra modellprøve<br />
- Målt løpehjulsgeometri innenfor toleranser sammenlignet med design<br />
- For stor spalte mellom ledeskovl og lokk og i labyrinttetning<br />
Virkningsgradsmålinger<br />
- Termodynamisk virkningsmåling gjennomført av erfaren uavhengig konsulentfirma i<br />
henhold til IEC<br />
Lokkdeformasjon<br />
- Måling og beregning av<br />
lokkdeformasjon<br />
PTK 2010 – Erfaringer fra Funna og <strong>ALSTOM</strong> <strong>Hooped</strong> <strong>Pelton</strong> <strong>turbin</strong> 12
• Funna – prosjektbeskrivelse<br />
• Utfordringer med <strong>turbin</strong>en<br />
• Undersøkelser<br />
• Analyse<br />
• Korreksjoner og tiltak<br />
• Resultat og kontroll<br />
PTK 2010 – Erfaringer fra Funna og <strong>ALSTOM</strong> <strong>Hooped</strong> <strong>Pelton</strong> <strong>turbin</strong> 13
Analyse – sprekk i løpehjul<br />
Mulige årsaker<br />
Konstruksjon<br />
Spenningskonsentrasjon<br />
Kontakt løpehjul -<br />
labyrintring<br />
Statiske spenninger<br />
Dynamiske spenninger<br />
Resonansfrekvenser<br />
Varmebehandling<br />
Sveising<br />
Kontroll<br />
Restspenninger<br />
Maskinering<br />
Drift<br />
Kjøring på dellast<br />
Start og stopp<br />
Ekstreme lasttilfeller<br />
Antall defekter<br />
Defektstørrelse<br />
Utmattingsegenskaper<br />
Bruddegenskaper<br />
Sprekk i<br />
løpehjul<br />
Produksjon<br />
Materiale<br />
PTK 2010 – Erfaringer fra Funna og <strong>ALSTOM</strong> <strong>Hooped</strong> <strong>Pelton</strong> <strong>turbin</strong> 14
Analyse – sprekk i løpehjul<br />
Konklusjon<br />
• Spenningsanalyse og dynamisk analyse viser at konstruksjonen<br />
er innefor gjeldende designkriteria<br />
• Materialegenskaper i henhold til spesifikasjon<br />
• Produksjonsprosess i henhold til retningslinjer<br />
• Ingen nye sprekker funnet etter oppstart av <strong>turbin</strong><br />
• Kontakt mellom løpehjul og labyrintringer sannsynligvis<br />
hovedårsaken til sprekkinitiering<br />
PTK 2010 – Erfaringer fra Funna og <strong>ALSTOM</strong> <strong>Hooped</strong> <strong>Pelton</strong> <strong>turbin</strong> 15
Analyse – lav virkningsgrad<br />
Konklusjon<br />
• Termodynamiske målinger gjennomført i henhold til IEC<br />
• Løpehjulsdesign verifisert<br />
• Spalte mellom ledeskovl og lokk for stor<br />
• Spalte i labyrinttetning for stor<br />
• Årsaken til avvik fra garantier er sannsynligvis for store tap i<br />
ledeskovlspalte og labyrinttetning<br />
PTK 2010 – Erfaringer fra Funna og <strong>ALSTOM</strong> <strong>Hooped</strong> <strong>Pelton</strong> <strong>turbin</strong> 16
• Funna – prosjektbeskrivelse<br />
• Utfordringer med <strong>turbin</strong>en<br />
• Undersøkelser<br />
• Analyse<br />
• Korreksjoner og tiltak<br />
• Resultat og kontroll<br />
PTK 2010 – Erfaringer fra Funna og <strong>ALSTOM</strong> <strong>Hooped</strong> <strong>Pelton</strong> <strong>turbin</strong> 17
Sveisereparasjon<br />
Korreksjoner og tiltak – sprekk i løpehjul<br />
• Sprekker i blad 10 og 13 og indikasjon i blad 4 sveisreparert<br />
• Liquid penetrant (LP) kontroll og røntgenundersøkelse av<br />
sprekkområde<br />
• Skader i labyrintringer reparert med hjelp av sveis og maskinering<br />
• Oppretting av akselstreng og sikring av styrelagerposisjon<br />
PTK 2010 – Erfaringer fra Funna og <strong>ALSTOM</strong> <strong>Hooped</strong> <strong>Pelton</strong> <strong>turbin</strong> 18
Korreksjoner og tiltak – lav virkningsgrad<br />
Korreksjoner på anlegg<br />
• Minimering av spalt mellom ledeskovl/lokk og i labyrinttetning<br />
• Gjennomføres sommeren 2010<br />
PTK 2010 – Erfaringer fra Funna og <strong>ALSTOM</strong> <strong>Hooped</strong> <strong>Pelton</strong> <strong>turbin</strong> 19
• Funna – prosjektbeskrivelse<br />
• Utfordringer med <strong>turbin</strong>en<br />
• Undersøkelser<br />
• Analyse<br />
• Korreksjoner og tiltak<br />
• Resultat og kontroll<br />
PTK 2010 – Erfaringer fra Funna og <strong>ALSTOM</strong> <strong>Hooped</strong> <strong>Pelton</strong> <strong>turbin</strong> 20
Resultat og kontroll – sprekk i løpehjul<br />
• September 10, 2008 - maskinen ble tatt i drift igjen etter utførte<br />
reparasjoner og kan kjøres uten begrensinger<br />
• Oktober 2008, desember 2008 og august 2009 - Maskinen ble<br />
stoppet for røntgenundersøkelse av sprekkområde uten å finne nye<br />
sprekker eller forandringer i reparert område<br />
PTK 2010 – Erfaringer fra Funna og <strong>ALSTOM</strong> <strong>Hooped</strong> <strong>Pelton</strong> <strong>turbin</strong> 21
Takk!<br />
www.nte.no<br />
www.alstom.com
PTK 2010<br />
Del 1: Erfaringer fra FUNNA<br />
Del 2: <strong>ALSTOM</strong> <strong>Hooped</strong> <strong>Pelton</strong> <strong>turbin</strong><br />
9. mars, 2010<br />
Sebastian Videhult, <strong>ALSTOM</strong>
• <strong>Hooped</strong> <strong>Pelton</strong> introduksjon<br />
• Fordeler ved <strong>Hooped</strong> <strong>Pelton</strong><br />
• Referanser<br />
• Konklusjon<br />
PTK 2010 – Erfaringer fra Funna og <strong>ALSTOM</strong> <strong>Hooped</strong> <strong>Pelton</strong> <strong>turbin</strong> 24
Tradisjonelt <strong>Pelton</strong> løpehjul<br />
Jakt på høyere virkningsgrad<br />
- Høy utmattingsbelasting<br />
- Risiko for sprekker<br />
Kritisk sone<br />
To funksjoner for skovl<br />
- Omformer kinetisk energi fra vannstrålen til kraft<br />
- Overfører den kraften til moment på aksel<br />
Risiko for sprekker - behov for hyppige inspeksjoner<br />
PTK 2010 – Erfaringer fra Funna og <strong>ALSTOM</strong> <strong>Hooped</strong> <strong>Pelton</strong> <strong>turbin</strong> 25
<strong>Hooped</strong> <strong>Pelton</strong> løpehjul<br />
”Hoop” –<br />
flens/ring<br />
Skovl<br />
Funksjon fordelt på to komponenter<br />
- Skovl omformer energi<br />
- Flens overfører kraft<br />
- Optimalisering av komponentenes design for best å<br />
kunne ivareta de separate funksjonene<br />
Kritisk sone fjernet<br />
Ingen kritisk sone – begrenset behov for inspeksjoner<br />
PTK 2010 – Erfaringer fra Funna og <strong>ALSTOM</strong> <strong>Hooped</strong> <strong>Pelton</strong> <strong>turbin</strong> 26
Sammenstilling av <strong>Hooped</strong> <strong>Pelton</strong><br />
PTK 2010 – Erfaringer fra Funna og <strong>ALSTOM</strong> <strong>Hooped</strong> <strong>Pelton</strong> <strong>turbin</strong> 27
Hydrauliske egenskaper<br />
Vannstrømning<br />
på utsiden av<br />
flensen<br />
Flens<br />
Både målinger og simuleringer viser at flensene verken<br />
har innvirkning på strømningen eller virkningsgraden<br />
Hydrauliske egenskaper påvirkes ikke av flens<br />
PTK 2010 – Erfaringer fra Funna og <strong>ALSTOM</strong> <strong>Hooped</strong> <strong>Pelton</strong> <strong>turbin</strong> 28
• <strong>Hooped</strong> <strong>Pelton</strong> introduksjon<br />
• Fordeler ved <strong>Hooped</strong> <strong>Pelton</strong><br />
• Referanser<br />
• Konklusjon<br />
PTK 2010 – Erfaringer fra Funna og <strong>ALSTOM</strong> <strong>Hooped</strong> <strong>Pelton</strong> <strong>turbin</strong> 29
Vedlikeholdskostnad og tilgjenglighet<br />
Stor reduksjon av vedlikeholdskostnad<br />
Stor<br />
reduksjon av<br />
utmattings -<br />
spenning<br />
Minimal risk for<br />
sprekker i skovler<br />
Ingen reparasjon av<br />
sprekker<br />
Færre inspeksjoner<br />
Kortere inspeksjoner<br />
Betydelig lenger inspeksjonsintervall<br />
PTK 2010 – Erfaringer fra Funna og <strong>ALSTOM</strong> <strong>Hooped</strong> <strong>Pelton</strong> <strong>turbin</strong> 30
20 MPa<br />
2 MPa<br />
Vibrasjonsspenninger redusert med 90 %<br />
Tradisjonell <strong>Pelton</strong><br />
25 MPa<br />
peak-peak vibrasjonsspenning<br />
<strong>Hooped</strong> <strong>Pelton</strong> Runner<br />
< 2 MPa<br />
peak-peak vibrasjonsspenning<br />
Målinger gjennomført før og etter rehabilitering<br />
Måling i største spenningsområde i flens<br />
Redusert risiko for sprekker minsket vedlikeholdsbehov<br />
PTK 2010 – Erfaringer fra Funna og <strong>ALSTOM</strong> <strong>Hooped</strong> <strong>Pelton</strong> <strong>turbin</strong> 31
Redusert fornyelseskostnad<br />
Erstatte skovler isteden for hele løpehjulet<br />
Erosjonsskadet hjul<br />
Erstatting av enkelte skovler<br />
Stor reduksjon av fornyelseskostnad<br />
PTK 2010 – Erfaringer fra Funna og <strong>ALSTOM</strong> <strong>Hooped</strong> <strong>Pelton</strong> <strong>turbin</strong> 32
Forenklet tilvirkningsprosess<br />
• Enkel og presis maskinering av<br />
hydraulisk profil<br />
• Kortere leveringstid på råmateriale<br />
• Forbedret materialkvalitet – mindre emner<br />
og bedre kontroll<br />
• Enkel maskinering av flenser<br />
• Enklere prosess og bedre kvalitet for<br />
belegging av skovler – "hard coating"<br />
PTK 2010 – Erfaringer fra Funna og <strong>ALSTOM</strong> <strong>Hooped</strong> <strong>Pelton</strong> <strong>turbin</strong> 33
• <strong>Hooped</strong> <strong>Pelton</strong> introduksjon<br />
• Fordeler ved <strong>Hooped</strong> <strong>Pelton</strong><br />
• Referanser<br />
• Konklusjon<br />
PTK 2010 – Erfaringer fra Funna og <strong>ALSTOM</strong> <strong>Hooped</strong> <strong>Pelton</strong> <strong>turbin</strong> 34
Eksempel på referanser<br />
Beaufort, Frankrike<br />
H=282 m, P=4.35 MW,<br />
Dp=1320 mm<br />
Horisontal, 2 jets<br />
Driftsatt 2001<br />
Champagne, Italia<br />
H=450 m, P=4.9 MW,<br />
Dp=1660 mm<br />
Horisontal, 2 jets<br />
Driftsatt 2004<br />
Ji Sha, Kina<br />
H = 485 m, P = 61.5 MW<br />
Dp = 2172 mm<br />
Vertikal, 6 jets<br />
Driftsatt 2007<br />
PTK 2010 – Erfaringer fra Funna og <strong>ALSTOM</strong> <strong>Hooped</strong> <strong>Pelton</strong> <strong>turbin</strong> 35
• <strong>Hooped</strong> <strong>Pelton</strong> introduksjon<br />
• Fordeler ved <strong>Hooped</strong> <strong>Pelton</strong><br />
• Referanser<br />
• Konklusjon<br />
PTK 2010 – Erfaringer fra Funna og <strong>ALSTOM</strong> <strong>Hooped</strong> <strong>Pelton</strong> <strong>turbin</strong> 36
Konklusjon<br />
• Redusert vedlikeholdskostnad<br />
• Forbedret tilgjenglighet<br />
• Redusert fornyelseskostnad<br />
• Forenklet tilvirkningsprosess<br />
• Bedre materialkvalitet<br />
Feedback fra eier av Beaufort kraftstasjon (7 års drift):<br />
"Når det gjelder generelt vedlikehold, reduksjon av inspeksjonstid og lenger<br />
inspeksjonsintervall har kostnaden minsket med ca 70% sammenlignet med en<br />
tradisjonell <strong>Pelton</strong>. Som en konsekvens har den effektive produksjonstiden økt"<br />
Ny teknologi Løp som og kjøp! leveres i dag<br />
PTK 2010 – Erfaringer fra Funna og <strong>ALSTOM</strong> <strong>Hooped</strong> <strong>Pelton</strong> <strong>turbin</strong> 37
Takk igjen!<br />
www.alstom.com
Change language