Simulering av en Kaplanturbins löphjulskammare : Undersökning och identifiering av områden inom konstruktionen som är särskilt utsatt för utmattningsbrott

Sammanfattning: Företaget Uniper som är en elproducent och äger vattenkraftverk över hela Sverige har upptäckt nya sorter av skador i kammaren till en av av deras Kaplanturbiner. Skador förekommer i form av sprickbildningar i ett område som kallas för sugröret. Röret består av rostfritt stål och är omgivet av förankringsstag, armeringsjärn och betong. Företaget anlitade konsultbolaget Sweco som analyserade det utsatta området med FEM-beräkningar. Konsultbolagets slutsatser kring sprickbildningen var att de ansågs bero på en fel utförd svets eller dåliga förhållanden vid utförandet av tidigare reparationer. Sweco upptäckte även att konstruktionen vid stora tryckdifferenser, mer specifikt vid driftstopp, skapar utåtriktade momentana krafter mot betongen, vilket kan med stor sannolikhet orsaka utmattningsbrott. Utifrån de framtagna data om rörets beteende valde bolaget att förnya den kringgjutna betongen att samt svetsa ihop områdena som hade bildat sprickor för att minimera spridningen. Reparationen eliminerade inte  sprickbildningen då det fortsätter ännu idag att förekomma små sprickor i kammaren.    I detta projektarbete analyserades sugrörskonans beståndsdelar med andra metoder som tidigare inte har använts av företaget Sweco. Detta i syfte att få en helhetsbild av orsakerna till det som har skapat sprickor i kammaren. De genomförda simuleringarna i konan delades upp i fall A – F för att identifiera de mest utsatta områdena.   Det framkom att svetsförbandet mellan sugrörskonan och nedre löphjulskammaren var de svagaste punkterna i konstruktionen. Utsatta området förstärktes med förstärkningsring runt röret som visade 45 % minskning av spänningsvärdet i jämförelse med tidigare fall som hade samma förutsättningar. Med en kompletterande detalj i sugröret som föreslås av detta projektarbete anses rörelsen minska vilket även minimerar risken till sprickbildningar.