Nedan analyseras den mätning som genomfördes under ett snabbstopp från 35 MW. Analysen be- handlar frekvensspektrumet för töjningsgivarna, effektivspänningen som uppkommer, samt töj- ningskomponenterna för givare T2.
4.2.1 Frekvensanalys
(fn ≈ 25) för givare T3. Denna fanns även i frekvensspektrumet för de stationära driftfallen och
antas därför komma från en elektrisk störning. En möjlig orsak till störningen skulle kunna vara att det kommer från kabelvinda, loggar och mätkablar, detta eftersom T3 var den givare som var place- rad närmas detta. Denna störning har inte undersökts vidare då amplituden är markant mindre än den dominanta frekvensen.
Figur 22: Frekvensspektrum över töjningsgivarna vid snabbstopp. 4.2.2 Tidsdomän
Mätsignalen för effektivspänningen som uppkom vid snabbstoppet från 35 MW presenteras i figur 23. Generellt sker samma förändring i spänningen för alla tre givare där spänningen ökar innan den minskar i takt med att luckan har stängts. Under de första 25 sekunderna hålls samma hastighet på turbinen, därefter släpps infallsluckan och en spänningsökning noteras för alla töjningsgivare. Löphjulets hastighet minskas sedan, vilket gör att frekvensen minskar mellan varje skovelpassage. I figur 23b syns en avsevärd ökning av spänningen vid ca 30 sekunder, vilket är när stoppet sker. Ökningen sker till ca 6N/mm2, jämfört med de första 20 sekunderna där det är stationär drift och maxspänningen uppmättes till omkring 4,5N/mm2 vid skovelpassage.
(a) Mätsignal för T1 (b) Mätsignal för T2 (c) Mätsignal för T3
Figur 23: Effektivspänningens förändring under snabbstopp.
I figur 24 presenteras den tangentiella och axiella töjningen för givare T2 under snabbstoppet. Det syns att töjningen ökar i både axiell och tangentiell riktning vid stoppet, där den största ökningen sker i tangentiell riktning.
(a) Mätsignal för töjning i tangentiell riktning, T2 (b) Mätsignal för töjning i axiell riktning, T2
Figur 24: Töjning i tangentiell och axiell riktning för T2 vid snabbstopp.
4.3
Normalstopp
Analysen av normalstoppet innefattar frekvensspektrumet för töjningsgivarna och hur effektivspän- ningen förändras under mätintervallet.
4.3.1 Frekvensanalys
Ett frekvensspektrum över töjningsgivarnas mätsignal från driftfallet normalstopp visas i figur 25. Precis som för snabbstoppet finns toppar för skovelfrekvensen och dess multipler, samt att T3 har en topp vid 50 Hz, vilket motsvararfn ≈ 25.
4.3.2 Tidsdomän
I figur 26 presenteras förändringen av effektivspänningen vid ett normalstopp, där ledskenorna har stängts helt vid ca 150 sekunder. Vid normalstopp tycktes ingen betydande ökning i effektivspän- ningen ske till skillnad från snabbstoppet. Mätningarna från den övre delen av kammaren (T1) i figur 26a visar på att spänningen ökar efter att ledskenorna stängts. En orsak till detta skulle kunna vara att en vattenpelare mot skovelbladen bidrar till kraft upp i ledkransfoten som leder till den spänningsökning som är uppmätt i givare T1. För vidare undersökning av detta skulle mätningar under längre tid efter stoppet behöva göras.
(a) Mätsingal för T1 (b) Mätsignal för T2 (c) Mätsignal för T3
Figur 26: Effektivspänningens förändring under en stoppsekvens.
4.4
Lastkörning
För driftfallet lastkörning analyserades frekvensspektrumet, effektivspänningen, samt töjningen i tangentiell och axiell riktning för givare T2.
4.4.1 Frekvensanalys
I figur 27 presenteras frekvensspektrum för töjningsgivarna. Likt de övriga mätningarna är högsta toppen vid skovelbladsfrekvensen och övriga toppar representerar multipler av den. Även för denna mätning syns en topp vid 50 Hz, vilket motsvararfn ≈ 25. Genom att en frekvens på 50 Hz upp- märksammats för givare T3 för alla mätningar, tyder det på att störningen fanns konstant under alla mätningar.
4.4.2 Tidsdomän
Effektivspänningens förändring vid lastkörning presenteras i figur 28, där en ökning av spänningen sker med ökad effekt. För givarna T1 och T3 i figur 28a respektive 28c sker inga oväntade spännings- förändringar. För T2 däremot går det att urskilja en sänkning av effektivspänning i topparna. Det innebär alltså att effektivspänningen minskar i kammaren när effekten når 50 MW innan sänkning mot 20 MW startas, se figur 28b. Orsaker till detta skulle kunna vara att turbinen stabiliseras vilket medför att spänningen minskar eller att turbinen arbetar vid bäst verkningsgrad och därmed mins- kar spänningarna i kammaren. Eftersom effekten ändrades direkt när turbinen kommit upp till 50 MW anses orsaken till minskningen inte bero av stabilisering. Att den däremot minskar på grund av arbete vid bäst verkningsgrad kan vara en möjlig faktor.
(a) Mätsignal för T1 (b) Mätsignal för T2 (c) Mätsignal för T3
Figur 28: Effektivspänningens förändring vid lastkörning.
I figur 29 presenteras de tangentiella och axiella töjningarna uppmätta från givare T2. Till skillnad från effektivspänningen sker ingen sänkning av töjningen vid maxeffekt, däremot är den axiella töj- ningen negativ vid ökad effekt. Detta bör vara orsaken till den sänkning av spänning som noterades i figur 28b eftersom effektivspänningen är beräknad utifrån töjningen.
(a) Mätsignal för töjning i tangentiell riktning, T2 (b) Mätsignal för töjning i axiell riktning, T2
Figur 29: Töjning i tangentiell och axiell riktning för T2 vid lastkörning.
4.5
Mätosäkerhet
Under mätningar finns det många olika faktorer som bidrar till mätosäkerheter, som påverkar mät- ningar och därmed hur noggranna resultat som uppnås. För varje givare finns det en uppmätt osä- kerhet som hämtas från databladen, vilket presenterades i tabell 2. För töjningsgivarna i rosetttöj-
för töjning i axiell riktning 1,7% och för tangentiell 1%. De instrument som användes för att logga mätdata hade en osäkerhet på 0,05% vid avläsning av mätvärden. En annan faktor som avgör hur väl resultatet stämmer överens med verkligheten är vilken sampling som valts. I detta projekt an- vändes en sampling på 20 000 Hz, vilket gjorde det möjligt att få med de förändringar som skedde, men bidrog också till att onödiga oscillationer som filtrerades bort. Accelerometrarna är känsliga för höga frekvenser eftersom det uppmätta värdet integreras två gånger för att få resultatet i radiell deformation. I detta projekt användes därför ett lågpassfilter.
Eftersom töjningsgivare monteras direkt på det objekt som ska mätas och är känsliga för hur un- derlaget är finns det många faktorer som kan påverka resultatet. I detta projekt användes endast en uppsättning töjningsgivare, vilket ledde till att de mätvärden som uppmättes med hjälp av töj- ningsgivarna inte kunde valideras mot mätvärden i samma höjdled. Det leder till att mätosäkerhet kopplat till montering och de enskilda givarna inte kan uteslutas från resultaten. Även placering av givare kan påverka resultaten då det i kammaren finns förstyvningsringar och ribbor/f jädrar som påverkar spänningarna. Vid montering av givarna placerades töjningsgivarna mitt i för att undvika dessas påverkan, dock har det inte kunnat verifieras ifall dessa hade en påverkan på resultatet. Andra faktorer som kan påverka givarna är flödesförändringar och temperatur. Som redan nämnt kan resultaten för tryckgivarna ha påverkats av kanten på hålet i kammarväggen då denna inte kon- trollerats, samt av den stående vågen i röret. För att utesluta att dessa parametrar påverkar resultatet bör hålet inspekteras innan mätningarna, samt att dimensioner bör kontrolleras och en uppskatt- ning av andelen inbladning luft bör kontrolleras närmare. För detta arbete har dessa faktorer endast diskuterats och det går därför inte att säga vilken grad av osäkerhet de bidrar med till resultaten. Under mätningarna användes ”lead wire compensation”, en låg exciteringsström och ett täckmate- rial för töjningsgivarna för att minska temperaturens inverkan på resultaten. Dessa åtgärder ansågs tillräckliga för att undvika temperaturförändringars påverkan på resultaten.
Vidare har det under arbetets gång använts filter och kurvanpassningar för att uppnå så ren signal som möjligt. Trots detta skiljer sig amplituden för varje skovelpassage under hela mätserierna för både tryck och töjning. Detta gör att standardavvikelsen från medelvärdet av amplituden har beräk- nats och presenteras i tabell 14 och 15 för de stationära driftfallen. För mätdatat från tryckgivarna är avvikelsen generellt lika för de givare som är placerade på samma plats i höjdled. Spridningen är som minst för givarna placerade i höjd med skovelbladet för högre effekter och för givarna under och över vid lägre effekter. För töjningsgivarna ligger spridningen rätt lika för de enskilda givarna och töjningsriktningarna vid förändring av effekt, men jämförs standardavvikelsen mellan givare och riktning varierar det mer.
Tabell 14: Standardavvikelsen för tryckökningen vid skovelpassagen som framtagits från mätvärden av tryckgivarna. Givare Drift [MW] P1 P2 P3 P4 P5 P6 20 0,026 0,223 0,017 0,025 0,243 0,020 25 0,025 0,202 0,029 0,025 0,214 0,026 30 0,026 0,176 0,031 0,027 0,175 0,033 35 0,026 0,132 0,055 0,027 0,124 0,039 40 0,035 0,109 0,014 0,034 0,108 0,064 45 0,058 0,124 0,070 0,057 0,121 0,066 50 0,054 0,093 0,055 0,048 0,092 0,051
Standardavvikelsen för töjningsgivarna presenteras i tabell 15. Även här är avvikelsen lika för de enskilda givarna oberoende av driftfallet.
Tabell 15: Standardavvikelsen från medelvärdet av töjningsamplituden vi skovelpassage. T11 T21 T31
Drift [MW] Tangentiell Axiell Tangentiell Axiell Tangentiell Axiell 20 0,357 0,607 0,624 0,174 0,158 0,332 25 0,365 0,641 0,620 0,164 0,159 0,368 30 0,410 0,710 0,612 0,160 0,179 0,423 35 0,411 0,762 0,599 0,152 0,202 0,500 40 0,428 0,794 0,627 0,153 0,221 0,620 45 0,456 0,828 0,675 0,155 0,256 0,753 50 0,414 0,710 0,597 0,126 0,239 0,675
1Alla värden multipliceras med10–6
Rekommendationer
Vid framtida liknande mätningar kan en dämpare placeras mellan metallplatta och accelerometer för undvika att använda lågpassfiltrering och på så vis komma ifrån den fasförskjutning det kan generera. Dämparen fungerar som ett lågpassfilter, genom att dämpa ut högfrekventa rörelser som då inte tas med i mätningen. Detta leder till att det kan vara enklare att få ut renare signaler vid inte- grering av mätvärdet och därmed få ett bättre resultat. En annan mätosäkerhet som kan kontrolleras i framtida mätningar är töjningsgivarens osäkerhet. Vid nya mätningar kan antalet töjningsgivare dubbleras för att kontrollera vilka eventuella systematiska avvikelser kopplat till de enskilda givare och dess montering som finns. Detta genom att töjningsgivarna placeras i dubbla rader, likt tryck- givarna i detta projekt och sedan jämförs resultatet mellan givare på samma position i höjdled. En annan parameter som bör utredas mer gällande töjningsgivarna, är hur en mer optimal placering av givarna hade varit utifrån förstyvningsribbor och ribbor/f jädrar.