Modellering av reversibel Francisturbin: En experimentell studie av 3D-utskrivna turbinkomponenter för undervisningsändamål

Abstract

Syftet med arbetet var att konstruera och testa en demonstrationsmodell av ett pumpkraftverk baserat på en Francisturbin genom att undersöka möjligheten att använda 3D-skrivning. En stor fördel under projektet var möjligheten att snabbt kunna skriva ut nya komponenter när problem uppstod, vilket möjliggjorde flera iterationer av turbinen med målet att förbättra funktionen med avseende på montering och täthet. Turbinens delar tillverkades i både PLA och PETG, och vissa komponenter av turbinen bearbetades efter utskrift genom slipning samt justering av toleranser för att minska friktionsförluster.

Samtidigt fanns det flera begränsningar som påverkade resultaten. Det förekom luft i systemet vilket gjorde att flödet inte alltid var helt stabilt. Precisionen hos de 3Dprintade komponenterna påverkade systemets funktion eftersom vissa toleranser gav upphov till extra friktion samt ojämn rotation. Den nuvarande testriggen hade dessutom inte tillräcklig mätutrustning för att genomföra mer avancerade analyser av systemets prestanda. Antalet genomförda tester var även begränsat vilket ger osäkerheter i resultatet.

I nuvarande läge kan det därför inte säkerställas att modellen fungerar som en komplett reversibel turbin eller som demonstrationsmodell på grund av begränsningar i testriggens uppsättning. Resultaten visar däremot att konstruktionen fungerar till viss del och att konceptet är möjligt att genomföra. Däremot är det svårt att med säkerhet säga att modellen i sitt nuvarande utförande är tillräckligt tillförlitlig för utbildningssyfte. För att detta ska vara möjligt krävs fler experimentella tester med bättre mätutrustning och förbättrad tätning av systemet. Turbinens funktion behöver testas med en mer utvecklad testrigg för att kunna analysera parametrar såsom verkningsgrad och varvtal.