OPTIMIZATION TESTS OF CLASSIC KAPLAN TURBINES
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OPTIMIZATION TESTS OF CLASSIC KAPLAN TURBINES
MEDIÇÕES DE EFICIÊNCIA DA MÁQUINA HIDRÁULICA USANDO O MÉTODO GIBSON MEDIÇÕES DE EFICIÊNCIA DA MÁQUINA HIDRÁULICA USANDO O MÉTODO GIBSON Palavras-chave: usina hidrelétrica, máquinas hidráulicas, as medições de eficiência, medições de vazão, o método pressão-tempo, o método de Gibson Cada unidade da usina hidrelétrica equipada com conduto forçado de comprimento de mais de 4D (quatro vezes de seu diâmetro interno) é adequada para aplicação do método de Gibson para medir a vazão através da turbina. Nas condições mais difíceis, sem acesso ao carcaça de tubulação do lado de fora, colectores especiais podem ser preparados do lado interior do conduto forçado para receber a pressão nas medidas secções transversais, após a drenagem da tubulação. Os valores de vazão são calculados dos sinais de pressão por meio do código GIBADAM, desenvolvido pelo Dr. A. Adamkowski, várias vezes validado em laboratório e em condições in situ (nos anos 2003-2010 o método de Gibson foi aplicado com sucesso na investigação da eficiência energética em muitas unidades hidrelétricas na Polónia: as usinas hidrelétricas Zarnowiec, Solina, Dychow, Zydowo, Niedzica, Koronowo, Zur, Pilchowice, bem como no México: usinas hidrelétricas Angostura, Infiernillo, Chicoasen, Aquamilpa, Malpaso, Villita, Temascal, Villita, Cobano, Novillo Rosa, Santa, Bacurato.) Pressões ou níveis de água são medidos através de transdutores de alta precisão, classe 0,2% ou melhor. Potência ativa, gerada por uma unidade hidreléctrica testada é medida por meio dos transdutores de potência, classe 0,2%. Potência mecânica (no eixo da turbina) é calculada do valor medido de potência ativa considerando a eficiência do gerador. Os valores medidos de incerteza de eficiência da turbina, determinados para as condições de teste, são geralmente contidos entre 1,2% e 1,5%. Medição de diferença de pressão p = p2 – p1 2-2 1-1 z1 z2 colector Fig. 1 Segmento de tubulação com marcadas secções de medição utilizadas no método de Gibson. MEDIÇÕES DE EFICIÊNCIA DA MÁQUINA HIDRÁULICA USANDO O MÉTODO GIBSON Fig. 2 Esquema do sistema de fluxo das turbinas testadas com marcadas secções hidrométricas utilizadas pelo método de Gibson. 60º 10 m Secção 1-1 e 2-2 tomada de pressão colector Fig. 3 Distribuição das tomadas de pressão nas secções hidrométricas 1-1 e 2-2 do conduto forçado. MEDIÇÕES DE EFICIÊNCIA DA MÁQUINA HIDRÁULICA USANDO O MÉTODO GIBSON Fig. 4 Esquema da tira de medição de pressão montado no lado interno da parede de conduto forçado, paralelamente à direção do fluxo de água tomada de pressão colector tubo de impulso a um transdutor Fig. 5 Vista de vários componentes do sistema de medição de pressão na secção hidrométrica 1-1: Colector de pressões de seis tomadas em uma secção e uma das tomadas de pressão. MEDIÇÕES DE EFICIÊNCIA DA MÁQUINA HIDRÁULICA USANDO O MÉTODO GIBSON válvula de ventilação tubo de colector na secção 2-2 tubo de colector na secção 1-1 tubo com cabo de sinal elétrico no interior Y [%] Fig. 6 Hermética caixa com o transdutor de pressão differential instalado dentro de conduto forçado 100 80 60 40 20 0 abertura registada YY- -recorded wicket gate das palhetas guias opening 60 80 100 120 140 160 p1-2,Pf [kPa] 16 P calculated pressure Pff - -calculada queda de drop caused by pela friction in pressão causada fricção em conduto forçado entre as penstock between seções 1-1 e 2-2 sections 1-1 and 2-2 12 8 4 ∆p1-2 pressão p pressurededifference 1-2- -diferença medida entrebetween secções 1-1 measured penstock e 2-2 de conduto forçado sections 1-1 and 2-2 0 -4 Q [m3/s] 60 210 180 150 120 90 60 30 0 80 100 120 140 160 120 140 160 Q - vazão calculada de Q - discharge calculated acordo com método de according Gibson Gibson method 60 80 100 tempo tt[s] time [s] Fig. 7 A mudança no tempo das variações registadas e calculadas dos parâmetros utilizados para medição de vazão por meio do método de Gibson MEDIÇÕES DE EFICIÊNCIA DA MÁQUINA HIDRÁULICA USANDO O MÉTODO GIBSON o turbina turbineN. no.11 (não modernizada) 200 (not upgraded) 3 descarga Qt Q [mt /s] [m3/s] discharge 240 160 o turbinano. N. 22 turbine (modernizada) (upgraded) 120 80 eficiência de turbina h ŋ t[%] efficiency [%] turbine 30 40 50 60 70 80 potência mecânica P [MW] mechanical power Pm m [MW] 90 94 o turbina turbine N. no.22 (modernizada) (upgraded) 89 84 o turbina turbine no.N.1 1 (não modernizada) (not upgraded) 79 74 30 40 50 60 70 80 Pmm[MW] potência mecânica mechanical power P [MW] 90 Fig. 8 Um exemplo de características de turbina, determinados por um valor líquido de pressão baseando-se nos testes utilizando o método de Gibson. Referencias: Adamkowski A., Lewandowski M., Lewandowski St., Cicholski W.: Calculation of the cycle efficiency coefficient of pumped storage power plants units basing on measurements of water level in the head (tail) water reservoir [Cálculo do coeficiente de eficiência do ciclo nas usinas hidrelétricas de armazenamento bombeado baseado em medição do nível de água no reservatório de água frontal e traseiro], Proc. 13. Inter. Seminar on Hydropower Plants, Vienna, Austria, 24-26 Nov. 2004, pp.239-248. – pdf version Adamkowski A., Janicki W., Steller J.: Comparison between results of flowrate measurement by means of current-meter, pressure-time and ultrasonic methods [Comparação entre os resultados da medição de vazão, por meio dos métodos: ultra-sônico, pressão-tempo, de medidor de corrente], Proc. of Conf. HYDROFORUM’2005, Kliczków, December 7-9, 2005 (in Polish). – pdf version Sierra E.F., Adamkowski A., Urquiza B.G., Kubiak J., Lara H., Janicki W.: The Effect of Boundary Layer Separation on Accuracy of Flow Measurement Using the Gibson Method, [O Efeito da Separação da Camada Limite na Precisão da Medição de Fluxo Usando o Método de Gibson], Forum Paper FEDSM2007-37564, Proc. of 5th Joint ASME/JSME Fluids Engineering, July 30 – August 2, 2007, San Diego, California, USA, pp. 1-8. – pdf version Adamkowski A., Janicki W.: Influence of some components of pressure-time method instrumentation on flow rate measurement results, [Influência de alguns componentes de MEDIÇÕES DE EFICIÊNCIA DA MÁQUINA HIDRÁULICA USANDO O MÉTODO GIBSON instrumentação de método pressão-tempo sobre os resultados da medição de vazão], Proc. of Inter. Confer. HYDRO2007, Granada, Spain, 15-17 Oct. 2007. – pdf version Adamkowski A., Janicki W., Urquiza G. Kubiak J., Basurto M., Discharge measurements using the classic Gibson method with instrumentation installed inside a pipeline [Medições de vazão utilizando o método de Gibson clássica com instrumentação instalada no interior de uma tubulação], Proc. of FEDSM’2008, ASME Fluid Engineering Conference, August 1014, 2008, Jacksonville, Florida USA, FEDSM2008-55309, pp. 1-7. – pdf version Adamkowski A., Janicki W.:”A new approach to using the classic Gibson method to measure discharge” [Uma nova abordagem para usar o método de Gibson clássico para medir a descarga], 15th International Seminar on Hydropower Plants, Vienna, 26-28 November, 2008, pp. 511-522. – pdf version Adamkowski A., Kubiak J., Sierra Fernando Z., Urquiza G.,Janicki W., Fernández J. M., An Innovative Approach to Applying the Pressure-Time Method to Measure Flow [Abordagem Inovadora para a Aplicação do Método Pressão-Tempo, para Medir o Fluxo], HRW (Hydraulic Review Worldwide), Volume 16, number 6 December 2008, pp. 40-49 – pdf version. Adamkowski A., Krzemianowski Z., Janicki W. 2009, Improved Discharge Measurement Using the Pressure-Time Method in a Hydropower Plant Curved Penstock [Melhorada Medição da Descarga Usando o Método Pressão-Tempo em Conduto Forçado Curvo de Usina Hidrelectrica], ASME Journal of Gas Turbines and Power, SEPTEMBER 2009, Vol. 131, pp. 053003-1 - 053003-6. – pdf version Adamkowski A. Janicki W., A method for measurement of leakage through closed turbine wicket gates [Um método para a medição de fugas através palhetas guias fechadas], Proceedings of the HYDRO2009, International Conference and Exhibition, Lyon, France 2628 October 2009, pp. 1-8. – pdf version. Adamkowski A.: Essential methods of SHP efficiency testing [Meios indispensáveis para testar eficiência SHP], Keynote address at the SHP Research&Development Actors Network Meeting, The Szewalski Institute of Fluid-Flow Machinery, Gdansk, September 10-11th, 2009 – pdf version. Adamkowski A., Janicki W., Selected problems in calculation procedures for the Gibson discharge measurement method [Problemas selecionados em procedimentos de cálculo para o método Gibson de medição de descarga], 8th International Conference on Hydraulic Efficiency Measurement - IGHEM 2010, Rookie, India, pp. 1-9. – pdf version Para mais informações entre em contato com: Adam Adamkowski, DSc., Ph.D. The Szewalski Institute of Fluid-Flow Machinery, PASci (IMP PAN) [O Instituto Szewalski de Máquinas de Fluxo] Centre for Mechanics of Liquids, Department of Hydraulic Machinery [Centro de Mecânica dos Líquidos, Departamento de Máquinas Hidráulicas] ul. Fiszera 14; 80-952 Gdańsk, Poland Phone: +48 58 69 95 212 Fax: +48 58 341 61 44 Mobile: +48 606 571 642 E-mail: [email protected]