Simulationsmethode zur Vorhersage von Schwingungen flüssigkeitsgekoppelter Rotor–Stator-Systeme mit beschaufelten Rotoren

Beschreibung

Pumpspeicherkraftwerke sind eine wichtige Säule der Energiewirtschaft, um elektrische Energie effizient und kostengünstig zu erzeugen und zu speichern. Die Pumpturbinen basieren auf einer langjährig erprobten Technologie, die im Zuge der Energiewende vor neuen Anforderungen steht. Moderne Pumpturbinen müssen sowohl in einem grösseren Drehzahlbereich arbeiten als auch schneller verschiedene Betriebspunkte anfahren können, um die schwankende Stromerzeugung aus Solar- und Windkraftanlagen auszugleichen. Bisherige Berechnungsmethoden sind zu ungenau, um insbesondere das komplexe Schwingungsverhalten von Pumpturbinen entsprechend den neuen Anforderungen auszulegen.

Das Hauptziel dieses Projekts ist die Entwicklung einer Simulationsmethode zur Berechnung des komplexen Schwingungsverhaltens von Pumpturbinen, insbesondere der Wechselwirkung zwischen Rotor und Stator durch die Kopplung mit dem Wasser. Zu diesem Zweck werden wir (i) einen Prüfstand entwickeln, um ein vereinfachtes Rotor–Stator-System experimentell zu charakterisieren. Basierend auf den Grundprinzipien der Mechanik werden wir (ii) ein Simulationsmodell ableiten, das die Drehbewegung des Rotors und die Strömung des Wassers physikalisch korrekt abbildet. Das Simulationsmodell werden wir (iii) mit den experimentellen Messdaten des Prüfstandes validieren und (iv) in ein Computerprogramm implementieren, das in der Industrie zur Berechnung von Wasserkraftanlagen eingesetzt wird.