Strömungsanalyse und Optimierung

einer Trifurkation als Verteilrohrleitung einer Hochdruck-Wasserkraftanlage

Für eine neu zu errichtende Hochdruck-Wasserkraftanlage mit drei Pelton-Turbinen (2 x 8.4 MW, 1 x 5.4 MW) soll die Verteilrohrleitung als Trifurkation ausgeführt werden.

Strömungsanalyse der Trifurkation: Herausforderungen beim Design

Die auf den ersten Blick einfache Aufgabe der Gestaltung der Rohrverzweigung hat sich in der Vergangenheit allerdings oftmals schon als problematisch herausgestellt. Die zwangsläufig verzögerte Strömung im Knotenpunkt der Dreifachverzweigung ist nämlich stark ablösungsgefährdet, was nicht nur zu Strömungsverlusten sondern auch zu Pulsationen in den einzelnen Rohrleitungssträngen führen kann.

CFD-Optimierung der Trifurkation zur Reduzierung von Strömungsverlusten

Im Auftrag eines Turbinenherstellers haben wir daher kürzlich eine Strömungsanalyse und Optimierung der entsprechenden Verteilrohrleitung durchgeführt. Am Beispiel des Erstentwurfes zeigt folgende Abbildung die Geschwindigkeitsverteilung auf unterschiedlichen Schnittebenen für den Volllast-Betrieb aller drei Turbinen. Die dabei erkannte ungünstige Strömungssituation im Knotenpunkt der Trifurkation (siehe dunkelblau gefärbte Zonen) wird klar ersichtlich.

Im Zuge mehrerer Designanpassungen konnte die Strömungsführung schlussendlich deutlich verbessert und ein zufriedenstellendes Ergebnis erreicht werden.