Hydroenergy is one of the most useful renewable energy sources. Hydropower is a vital source as it is clean, sustainable and cost effective. Francis type hydroturbines are applicable to a wide range of head and flow rate values. Spiral case, stay vane, guide vane, runner and draft tube are the basic components of a Francis turbine. In this paper, CFD based 3D numerical simulations of steady turbulent flow in a Francis turbine for an actual power plant, BUSKI HES in Turkey, is presented.

Francis type hydraulic turbine runners have complex blade shapes. Runner blades have three dimensional profiles that direct the incoming flow. In this study, a reverse engineering methodology is developed for the redesign of turbines. Traditional reverse engineering steps are combined with the basics and flow dynamics of hydraulic turbines and applied to two different turbine runners (which have different specific speeds) of two different hydroelectric power plants in operation. The methodology is first verified by application on the first runner and utilized for the redesign of the runner of another power plant. The reasons for the reduced performance of the second runner are examined with the help of the new inverse engineering design methodology and a rehabilitation study is performed. Thus, the runner which only provides 70% of its installed capacity, is redesigned and can now utilize its full capacity. Francis tipi su türbinlerine ait çark kanatlarının yapısı oldukça karmaşıktır. Üç boyutlu profilleri ile gelen akışı yönlendirirler. Bu çalışmada, türbinlerin yeniden tasarımı için bir tersine mühendislik yöntemi geliştirilmiştir. Geleneksel tersine mühendislik yöntemi, hidrolik türbin temel çalışma prensipleri ve akışkanlar mekaniği temelleri ile birleştirilerek iki farklı kullanımda olan santralin türbin çarkına (iki farklı özgül hızı olan) uygulanmıştır. Yöntem, öncelikle bir santrale uygulanarak doğrulanmış, ardından diğer santralin türbin çarkının yeniden tasarımında kullanılmıştır. İkinci santralin türbin çarkının çalışmasındaki sorunların sebepleri yeni geliştirilen yöntem ile araştırılmış ve çarkın rehabilitasyonu gerçekleştirilmiştir. Kapasitesinin %70'i verimle çalışan çark, tam kapasite çalışır hale gelmiştir.

Francis type hydraulic turbine runners have complex blade shapes. Runner blades have three dimensional profiles that direct the incoming flow. In this study, a reverse engineering methodology is developed for the redesign of turbines. Traditional reverse engineering steps are combined with the basics and flow dynamics of hydraulic turbines and applied to two different turbine runners (which have different specific speeds) of two different hydroelectric power plants in operation. The methodology is first verified by application on the first runner and utilized for the redesign of the runner of another power plant. The reasons for the reduced performance of the second runner are examined with the help of the new inverse engineering design methodology and a rehabilitation study is performed. Thus, the runner which only provides 70% of its installed capacity, is redesigned and can now utilize its full capacity. Francis tipi su türbinlerine ait çark kanatlarının yapısı oldukça karmaşıktır. Üç boyutlu profilleri ile gelen akışı yönlendirirler. Bu çalışmada, türbinlerin yeniden tasarımı için bir tersine mühendislik yöntemi geliştirilmiştir. Geleneksel tersine mühendislik yöntemi, hidrolik türbin temel çalışma prensipleri ve akışkanlar mekaniği temelleri ile birleştirilerek iki farklı kullanımda olan santralin türbin çarkına (iki farklı özgül hızı olan) uygulanmıştır. Yöntem, öncelikle bir santrale uygulanarak doğrulanmış, ardından diğer santralin türbin çarkının yeniden tasarımında kullanılmıştır. İkinci santralin türbin çarkının çalışmasındaki sorunların sebepleri yeni geliştirilen yöntem ile araştırılmış ve çarkın rehabilitasyonu gerçekleştirilmiştir. Kapasitesinin %70'i verimle çalışan çark, tam kapasite çalışır hale gelmiştir.

No abstract