Numerical investigation of the effects of design parameters on hydraulic turbine guide vane design

Francis type hydraulic turbines that have a wide range of operating range for head and flow rates are commonly used in hydropower generation. Every power plant needs its custom designed turbine because the available head and flow rates which are the main parameters to start the design process are different for each plant. Guide vanes of Francis turbines are the only movable parts. They control the flow rate through the turbine. In this study, a generalized Computational Fluid Dynamics (CFD) aided design methodology is developed and applied to the design of the turbines of two different power plants. The effects of several parameters, including the shape of the guide vane profile, eccentricity, blade angles, overlapping percentage of the blades, number of guide vanes, and rotor-stator distance are examined. Results are investigated for each parameter in terms of flow physics and important outcomes are determined for the turbine designer.

Tasarým parametrelerinin hidrolik türbin ayar kanadý tasarýmýna etkilerinin sayýsal olarak incelemesi

Francis tipi su türbinlerinin çeþitli debi ve düþü deðerlerini kapsayan geniþ bir çalýþma aralýðý olduðu için güç üretiminde sýk kullanýlýrlar. Her hidroelektrik santralin kendi özelliklerine uygun türbin tasarýmýna ihtiyacý vardýr; çünkü, türbin tasarým prosesinin en önemli iki parametresi olan düþü ve debi her santral için farklýdýr. Ayar kanatlarý türbinin tek hareket ettirilebilen parçasýdýr. Türbinden geçen debiyi düzenlemeye yararlar. Bu çalýþmada, Hesaplamalý Akýþkanlar Dinamiði (HAD) bazlý bir genelleþtirilmiþ tasarým yöntemi geliþtirilerek iki ayrý hidroelektrik santralin türbin tasarýmýna uygulanmýþtýr. Ayar kanadý profili, merkezden kaçýklýk, kanat açýlarý, kanatlarýn örtüþme yüzdeleri, ayar kanat sayýsý, rotor-stator mesafesi gibi tasarým parametrelerinin etkileri incelenmiþtir. Sonuçlar her bir parametre için incelenmiþ, akýþ fiziði ve tasarýmcý açýsýndan önemli bulgular belirlenmiþtir.