Johtosiiven suunnittelun kehitys ja ohjeistus

Abstract

Kilpailu on kiristynyt vesivoimasektorilla, sillä useimmissa turpiiniprojekteissa kilpailussa on useampi ulkomainen yritys mukana toisin kuin ennen. Tästä johtuen omaa toimintaa on kehitettävä kilpailukykyisemmäksi ja tehtävästä turpiinista pitää saada entistä paremmat tehot ja hyötysuhteet. Suomen vesivoimalaitosten turpiinityypeistä suurin osa on Kaplan- turpiineita, joten tässä työssä keskitytään kyseiseen turpiinityyppiin ja nimenomaan Pysty-Kaplaniin. Monet turpiiniprojektit ovat tehonnostoja ja huoltoja, mutta joskus myös kokonaan uusia vesivoimalaitoksia. Lähes jokaiseen projektiin kuuluu johtosiipien vaihto uusiin tai ainakin johtosiipien kunnostus. Tästä syystä johtosiipien suunnittelun tehostaminen on keskeistä. Tätä lähdettiin tavoittelemaan vakioimalla toimivia ratkaisuja sekä automatisoinnin kautta vähentämällä työtunteja Työ aloitettiin kirjallisuustutkimuksella aiheesta. Tämän jälkeen jatkettiin toimintatutkimuksella. Tällöin käytiin alihankkijalla tutustumassa johtosiipien valmistukseen ja mietittiin kuinka eri työvaiheet voidaan ottaa huomioon johtosiiven suunnittelussa. Tämän jälkeen diplomityössä mallinnettiin symmetrisestä ja epäsymmetrisestä johtosiivestä parametriset mallit. Parametrisillä johtosiiven malleilla saadaan luotua johtosiipien valmistuskuvat suurimpaan osaan Suomen Pysty-Kaplan -turpiineista. Mallien avulla suunnittelutunteja saatiin vähennettyä 95 %, sekä todennäköisesti myös inhimillisten virheiden määrä tulee vähenemään. Tuoton parantamiseksi mielenkiinnon kohteeksi tulivat johtopyörän vuodot. Vuotava johtopyörä vähentää turpiinin tuottoa, sillä vesi valuu padon ylävedestä alaveteen ilman, että turpiini muuttaa veden potentiaalienergian generaattorin välityksellä sähköksi. Vuodon määrään vaikuttaa johtosiipien taipuminen ja kiertyminen veden hydrostaattisen paineen alla. Ilmiötä alettiin tutkia luomalla parametrisella johtosiiven mallilla helposti muokattavat kokoonpanot johtopyörän sektorista. Tämä malli siirrettiin Ansys-ohjelmaan, jolla FE-menetelmällä ratkaistiin vierekkäisten johtosiipien taipumat ja kiertymät. Nämä piirrettiin Excel-taulukoihin, jonka perusteella voitiin määrittää johtosiiven jättöreunalle sopiva hionta. Sopivalla hionnalla ja johtopyörän esikiristyksellä voidaan pienentää johtosiipien rakoa ja sitä kautta vuotoa. Diplomityössä esitetyllä laskentatavalla tullaan jatkossa Andritz Hydrossa määrittämään hionnan tarve ja suuruus ja täten voidaan luopua ulkoisesta alihankintana ostetusta laskentapalveluista.