Oscillazioni di massa negli impianti idroelettrici
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- Romina Venturi
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1 Convegno Ispezione e manutenzione di impianti idroelettrici Fachtagung Inspektion und Instandhaltung von wasserkraftwerken 12/05/2017 Centrale Idroelettrica Cardano (BZ) Oscillazioni di massa negli impianti idroelettrici Maurizio RIGHETTI and Roman GABL FUB Freie Universität Bozen
2 Organi di intercettazione e sicurezza Valvole a farfalla, palmola Il sistema valvole pozzo-condotte Alcune osservazioni pratiche Problemi di interrimento 2
3 Organi di intercettazione e sicurezza Palmola e valvole a chiusura rapida, una soluzione consolidata per garantire la sicurezza alle condotte forzate Impianti a serbatoio 3
4 Organi di intercettazione e sicurezza Palmola e valvole a chiusura rapida, una soluzione consolidata per garantire la sicurezza alle condotte forzate Impianti ad acqua fluente 4
5 Organi di intercettazione e sicurezza Palmola e valvole a chiusura rapida, una soluzione consolidata per garantire la sicurezza alle condotte forzate 5
6 Organi di intercettazione e sicurezza Palmola e valvole a chiusura rapida, una soluzione consolidata per garantire la sicurezza alle condotte forzate: la collocazione ottimale 6
7 Organi di intercettazione e sicurezza Palmola e valvole a chiusura rapida, una soluzione consolidata per garantire la sicurezza alle condotte forzate: la collocazione ottimale 7
8 Organi di intercettazione e sicurezza Palmola e valvole a chiusura rapida, una soluzione consolidata per garantire la sicurezza alle condotte forzate: la collocazione ottimale 8
9 Organi di intercettazione e sicurezza Palmola e valvole a chiusura rapida, una soluzione consolidata per garantire la sicurezza alle condotte forzate: la collocazione ottimale 9
10 Organi di intercettazione e sicurezza Palmola e valvole a chiusura rapida, una soluzione consolidata per garantire la sicurezza alle condotte forzate: la collocazione ottimale 10
11 Organi di intercettazione e sicurezza Palmola e valvole a chiusura rapida, una soluzione consolidata per garantire la sicurezza alle condotte forzate: la collocazione ottimale 11
12 Organi di intercettazione e sicurezza Palmola e valvole a chiusura rapida, una soluzione consolidata per garantire la sicurezza alle condotte forzate: la collocazione ottimale 12
13 Organi di intercettazione e sicurezza Palmola e valvole a chiusura rapida, una soluzione consolidata per garantire la sicurezza alle condotte forzate: la collocazione ottimale 13
14 Organi di intercettazione e sicurezza Palmola e valvole a chiusura rapida, una soluzione consolidata per garantire la sicurezza alle condotte forzate 14
15 Individuazione perdite di massa Q actual >Q boundary Controllo velocità (Palmola) Valvola di controllo
16 Individuazione perdite di massa??? Q diff >Q boundary [%] Osservato: verifica delle letture Controllo velocità (Palmola) Valvola di controllo
17 Individuazione perdite di massa soluzione 1: Simulazione real time Q meas > Q theo??? Osservazione verifica delle letture Oscillazioni al pozzo piezometrico Q diff >Q boundary [%] Osservato: verifica delle letture Controllo velocità (Palmola) Valvola di controllo
18 Individuazione perdite Soluzione 2: Misure del livello idrico al pozzo piezometrico (bilancio di massa) Controllo velocità Valvola di controllo Vantaggi addizionali del monitoraggio del livello idrico al pozzo: + controllo nel tempo delle perdite energetiche alla galleria di derivazione/condotta forzata + controllo delle oscillazioni al pozzo e del comportamento idraulico globale del sistema + ulteriore punto di misura per calibrazione modelli e valutazione perdite di carico al pozzo (+) impedire l innesco di una manovra che provochi risonanza del sistema
19 Individuazione perdite e monitoraggio un esempio shaft
20 Un esempio shaft
21 shaft Un esempio Disegno con riempimento
22 Un esempio shaft
23 Un esempio shaft
24 shaft Un esempio Le possibili ragioni: - Intasamento in condizioni stazionarie? - Solo durante i transitori? Simulazione numerica e su modello fisico
25 Un esempio shaft
26 shaft Un esempio: calcolo perdite, simulazione numerica 3D ma non solo C Flow direction ζ* AB 0.71 BA 1.91 AC 0.96 BC 5.00 CA 1.98 CB 2.48 B A * reference velocity = head race tunnel
27 Un esempio: le perdite localizzate Claudio Datei «La protezione delle gallerie e delle condotte nei sistemi in pressione» Editore: Cortina (Padova), 1985
28 Un esempio: le perdite localizzate * reference velocity = head race tunnel
29 Le simulazioni numeriche: AB BA C C Flow direction ζ* AB 0.71 BA 1.91 AC 0.96 BC 5.00 CA 1.98 CB 2.48 < A B
30 Le simulazioni numeriche: AB BA Il campo di moto in regime stazionario può spiegare, almeno in parte, la sedimentazione alla camera inferiore C C A B
31 Le simulazioni numeriche: AB BA
32 Le simulazioni numeriche: AB BA Cells velocity in z-direction > 0.1 m/s
33 Le simulazioni numeriche: AC BC
34 Le simulazioni numeriche: CA CB
35 Modello fisico: trasporto sedimenti Regime di moto stazionario: A B C Pozzo piezometrico allargamento di base A 0 B Galleria
36 Modello fisico: trasporto sedimenti Brusca chiusura, risalita: B C C Pozzo piezometrico, allargamento di base A B Galleria
37 Modello fisico: trasporto sedimenti Brusca chiusura discesa: C A C Pozzo piezometrico allargamento di base A B Galleria
38 Simulazione transitorio -1D V03_HRand_LC03_SchAnf_060Sec.wdx Reservoir A R3 D+: 2200 (mm) D-: 2200 (mm) Xi+: (-) Xi-: (-) J S1 Surge tank: - Simplified hydro power plant - Lower and upper chamber R1 D+: 2200 (mm) D-: 2200 (mm) Xi+: (-) Xi-: (-) Q HR1 D: 2200 (mm) k: 0.45 (mm) L: (m) G HR2 D: 2200 (mm) k: 0.45 (mm) L: (m) H I E R2 D+: 2200 (mm) D-: 2200 (mm) Xi+: 0.71 (-) Xi-: (-) P1 D: 1300 (mm) k: (mm) L: (m) Perdite localizzate: come da simulazione 3D oppure formulazione semplificata F P2 D: 1300 (mm) L: (m) K P3 D: 1300 (mm) L: (m) L P4 D: 1300 (mm) L: (m) M P5 D: 1200 (mm) L: (m) N P6 D: 1200 (mm) L: (m) O P7 D: 1100 (mm) L: (m) B P8 D: 1100 (mm) L: (m) P9 D: 750 (mm) L: 12.8 (m) C B1 D V1 STy: Buttrfly D: 750 (mm) Condizioni al contorno: H constant + Butterfly Q Tempo di chiusura
39 Simulazione transitorio: confronto escursioni massime e minime - risultati - Cambiando tempi di operazione alla valvola - Perdite di carico al pozzo costanti e variabili come da 3 D model - Boundary conditions H Q Findings: - Tempo di manovra (nell ambito delle manovre rapide) non cruciale (both chambers are used) - Le diverse stime delle perdite di carico non condizionano molto le massime oscillazioni
40 Simulazione transitorio: confronto escursioni massime e minime - risultati - manovra Mainardis, risonante Manovra «Mainardis» 6 changes with 60 sec each Findings: - La manovra risonante è la più onerosa - Lievi differenze per differenti ipotesi alle perdite di carico
41 Simulazione transitorio, camera inferiore libera e intasata - risultati Brusca chiusura differenze non rilevanti nei diversi casi
42 Simulazione transitorio, camera inferiore libera e intasata - risultati Brusca apertura svuotamento della galleria
43 Simulazione transitorio, camera inferiore libera e intasata - risultati Manovra Mainardis svuotamento della galleria amplificato
44 Considerazioni finali Per un posizionamento ottimale delle valvole e palmole appropriata analisi del campo di moto (la simulazione numerica accurata può aiutare) Monitoraggio portate e livelli anche al pozzo piezometrico: Puo aiutare la gestione delle perdite di massa Permette di separare dissipazioni in galleria e in condotta Aiuta nella programmazione degli interventi di manutenzione ordinaria e straordinaria Trasporto solido in impianti sempre più attuale (climate change, scioglimento ghiacciai, ) Alcune implicazioni anche per la sicurezza nel sistema galleria condotta forzata
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