diplomová práce

Analýza nesrovnalostí MVE Ostravice

Hlavní dokument 7.04 MB Příloha 630.37 kB

FSIdiplomová práceStudent: Ing. Roman KupčíkAk. rok: 2008/2009

Vedoucí: doc. Ing. Miloslav Haluza, CSc.

Oponent: Ing. Aleš Skoták, Ph.D.

Diplomová práce „Analýza nesrovnalostí MVE Ostravice“ se zabývá řešením sníženého výkonu malé vodní elektrárny u města Vratimov na řece Ostravici. Elektrárna je osazena přímoproudou Kaplanovou turbínou RA – 3,5 – 0 1000 o průměru oběžného kola 1000 mm.
Příčinou nízkého výkonu je savka turbíny. Předmětem diplomové práce je návrh nové sací trouby. Pro hydraulický návrh byl použit CFD program Fluent. Cílem bylo nalézt nejoptimálnější tvar savky, který povede ke zvýšení výkonu ze současných 30 kW na projektovanou hodnotu, která činí 55 kW.

Jazyk

čeština

Stav

obhájeno (práce byla úspěšně obhájena)

Hodnocení známka

A

Fakulta

Ústav

Obor studia

Fluidní inženýrství (N2366-00)

Hodnocení vedoucího
doc. Ing. Miloslav Haluza, CSc.

Diplomant se zabýval analýzou nesrovnalostí vodní turbiny na lokalitě MVE Ostravice. Nesrovnalost byla zjištěna především v nevhodném řešení savky turbiny.
Diplomant navrhl úpravy na stávající savce, které by měly přispět ke zlepšení provozu a výstupních parametrů vodní turbiny. Analýza řešení je podpořena výpočty v softwaru Fluent.
K diplomové práci diplomant přistupoval samostatně ,  jeho návrh úpravy savky na stávajícím díle je plně realizovatelný a využitelný.

výsledná známka: A

Kritérium hodnocení Známka
Splnění požadavků a cílů zadání A
Postup a rozsah řešení, adekvátnost použitých metod A
Vlastní přínos a originalita A
Schopnost interpretovat dosažené vysledky a vyvozovat z nich závěry A
Využitelnost výsledků v praxi nebo teorii A
Logické uspořádání práce a formální náležitosti A
Grafická, stylistická úprava a pravopis A
Práce s literaturou včetně citací B
Samostatnost studenta při zpracování tématu A

Hodnocení oponenta
Ing. Aleš Skoták, Ph.D.

Předložená diplomová práce se zabývá řešením konkrétního problému, kterým je nedosažení plánovaného výkonu malé vodní elektrárny u města Vratimov na toku řeky Ostravice. Tato elektrárna je osazena přímoproudou Kaplanovou turbínou o průměru oběžného kola 1000 mm. Instalovaná turbína nedosahuje při spádu 2,2 m projektovaného výkonu 55 kW, ale pouze 30 kW, což je výkon téměř poloviční. V úvodní části práce diplomant využívá ověřených projekčních kritérií. Zde je třeba vyzdvihnout správné používání základních vzorců popisujících parametry a chování turbíny. Nedostatek údajů o instalované turbíně řeší diplomant tak, že využívá data zjištěná u turbíny podobného typu. Zde by bylo vhodné uvést hodnotu specifických otáček instalované turbíny a turbíny podobné, ze které bylo vycházeno např. při určování hodnoty účinnosti nebo velikosti kavitačního součinitele. Vylučovací metodou dospívá diplomant k dílčímu závěru, že hlavní příčinu nedosažení výkonu je třeba hledat v řešení savky turbíny. Diplomant uvádí jako hlavní důvod příliš velkou výtokovou rychlost ze savky. Bylo by vhodné připomenout také na první pohled přílišnou blízkost dna výtokového kanálu k výstupnímu průřezu savky. Další část diplomové práce je věnována numerickému modelování proudění v jednokolenové savce turbíny. Použité okrajové podmínky i model turbulence jsou zvoleny správně. Vstupní podmínka bez rotace je, jak podotýká autor, tím nejméně příznivým stavem pro proudění v savce. U skutečného proudění za oběžným kolem může docházet nejen k rotační složce jak je uvedeno, ale také k nerovnoměrnosti axiální rychlosti a vzniku turbulence vstupující do savky. U výpočtové sítě by bylo vhodné uvést její kvalitu, např. hodnotu y+, popř. počet buněk. Výsledky výpočtu ukazují odtržené proudění za kolenem savky způsobené nevhodným tvarem kolenové savky i příliš blízkého umístění výstupu savky ke dnu odpadního kanálu. V této části prokázal diplomant schopnost definovat, vyřešit a analyzovat poměrně složitou úlohu numerického modelování proudění v savce. Při vyhodnocování ztráty v savce je vhodnější umístit vyhodnocovací řez do místa, kde již nedochází ke zpětnému proudění, jinak může tato skutečnost značně ovlivnit výsledky. Při vyhodnocení není uveden způsob odečtu jednotlivých veličin (tlaků) z Fluentu. Ve finální části diplomové práce je provedena optimalizace hydraulického profilu kolenové savky. Diplomant zvládl návrh úpravy savky stávající, jednak návrh savky zcela nové. K výraznému zlepšení energetických vlastností savky dospěl diplomant až v případě návrhu savky zcela nové, dvoukolenové. Na závěr by bylo vhodné doplnit nárůst účinnosti savky o odhad adekvátní hodnoty účinnosti a výkonu celé turbíny.

výsledná známka: A

Kritérium hodnocení Známka
Splnění požadavků a cílů zadání A
Postup a rozsah řešení, adekvátnost použitých metod A
Vlastní přínos a originalita A
Schopnost interpretovat dosaž. vysledky a vyvozovat z nich závěry A
Využitelnost výsledků v praxi nebo teorii A
Logické uspořádání práce a formální náležitosti A
Grafická, stylistická úprava a pravopis A
Práce s literaturou včetně citací A

Cíle, kterých má být dosaženo

Pravobřežní existující malá vodní elektrárna na řece Ostravici,která byla projektována na 55 kW dosahuje v současné době výkon pouze 35 kW.
Úkolem diplomové práce je analýza nesrovnalostí tohoto vodního díla a provedení nápravy, vedoucí k projektovaným hodnotám.

Literatura

[1] Nechleba, M.: Vodní turbiny, jejich konstrukce a příslušenství. SNTL Praha, 1962.

[2] Fleischner, P., Nechleba, M.: Hydromechanika lopatkových strojů. Skripta VUT v Brně, 1976.

[3] Nechleba, M., Druckmuller, M.: Vodní turbiny I. Skripta VUT v Brně, 1990.

Klíčová slova

CFD, difuzor, Kaplanova turbína, kavitace, savka, malá vodní elektrárna, přivaděč, sací výška, sací trouba, spád

Charakteristika problematiky úkolu

Proveďte analýzu sníženého výkonu malé vodní turbiny na lokalitě Ostravice (savka, uložení oběžného kola, rozvaděče) a definujte možnou opravu v hydraulickém řešení vodního díla.