Hoppa till innehållet
Radial och tangentialkraft för en vattenkraftsgenerator som beror av whirlfrekvensen.

ELEKTRA Elektromagnetiska lastmodeller för simulering av rotor-generator system inom vattenkraft

Publicerad: 15 januari 2010

Att förstå och kunna prediktera dynamiken för roterande maskiner har alltid haft en central betydelse för att kunna tillverka bra maskiner. Felaktig dynamik kan leda till kostsamma haverier eller maskiner med höga underhållskostnader. Inom vattenkraftteknik har dock endast några få artiklar skrivits om rotordynamik och den elektromekaniska kopplingen mellan generator och rotor. De metoder som används vid design är endast förenklade simuleringar vid stationär drift. Dessutom så är det leverantören som utför beräkningarna och dessa företag har idag rationaliserat bort stora delar av sin forskning och utveckling.



Under 2001 initierades ett industridoktorandprojekt av LTU och vattenfall med en doktorand (Rolf Gustavsson) på vattenfall utveckling. Uppgiften var att utveckla mätmetoder och ta fram dynamiska modeller för rotor och generator. Forskningen har visat att nya modeller av den elektromekaniska kopplingen i generatorn är centralt för att kunna utföra bra beräkningar på systemen. Under 2003 initierades därför två Elektra -projekt för att skapa modeller och metoder att simulera den elektromekaniska kopplingen i vattenkraftsgeneratorer. I dessa projekt har formfel studerats och tangentiella krafter till följd av dämplindningar påvisats. Genom dessa projekt är vi nu redo att simulera den fulla kopplingen mellan krafterna vid olika dynamiska beteenden.

Vid Luleå tekniska universitet (LTU) bedrivs idag forskning inom rotordynamik, lagerteknik och strömningsteknik. Tillsammans driver vi LuBeRo (Luleå Bearing and Rotordynamic group) som har till uppgift att utöka de industriella kontakterna, initiera nya projekt, och informera om utvecklingen i Luleå. Vi är idag den enda gruppen i Sverige som bedriver kontinuerlig forskning inom rotordynamik.
Vid Uppsala universitet (UU, avd. elektricitetslära och åskforskning) bedrivs teoretisk och tillämpad forskning inom elektromekanik. Möjligheten att skapa detaljerade elektromekaniska datormodeller av generatorer ger UU unika möjligheter att lösa en stor mängd problem relaterade till vattenkraft. Därmed bildar LTU och UU en unik grupp med stark kompetens inom elektromekanik lämpade att forska på kopplade elektromekaniska rotor problem.

I denna ansökan föreslås ett projekt med två doktorander varav en i Luleå och den andra i Uppsala. Målet med forskningsprojektet är att utveckla den elektromekaniska kompetensen så att kopplade rotor-generatorproblem kan simuleras för ett stort antal lastfall. Genom elektromekaniska simuleringar i UU kommer lastmodeller att utvecklas och implementeras i rotordynamiska modeller från LTU. Frågor som besvaras i projekten är hur olika generator konstruktioner (dämplindningar) kommer att påverkar dynamiken. Modellerna skall vara generella för att kunna användas i andra rotordynamiska simuleringar inom vattenkraftteknik. Varje forskningsprojekt kommer att utföras i nära samarbete mellan UU, LTU och ett eller flera vattenkraftbolag. Centralt är att projekten knyts ihop för att resultaten skall ge praktiskt användbara modeller. Resultaten kommer att utvärderas på verkliga kraftstationer. Projektet är en fortsättning på det arbeten som utförts inom Elektra 3639 och 3640. Vi har idag vidareutvecklat programvaran i Uppsala till att klara av dynamik med stora excentriciteter och är därför redo att fortsätta utvecklingen av de elektromekaniska modellerna.

Den industriella nyttan är främst förbättrade modeller för att kunna beräkna och prediktera dynamiken i vattenkraftsrotorer. Genom denna kompetens kan skador utredas och olyckor undvikas. Den nya kompetensen kan även användas för dynamisk utvärdering vid modifikation av rotorsystemet. Vid underhållsfrågor kan simuleringar användas för att beräkna lagerlaster och därmed slitage av t ex lager vid olika lastfall.


Doktorand: Yogeshwarsing Calleecharan

Handledare: Jan-Olov Aidanpää