Fundament för vattenkraftgeneratorer

Sammanfattning

Ett relativt stort upprustnings- och förnyelseprogram pågår för att säkra

framtida svensk vattenkraftproduktion och för att möta nya riktlinjer för

dammsäkerhet. Under dessa förnyelseprojekt har vissa skador i form av

sprickor i betongfundamenten upptäckts, bland annat kring statorfötternas

upplag. Orsaken till dessa sprickor härleds till statorfötternas funktion,

samt till temperaturvariationer vid förändrade driftsmönster. Tidigare gick

generatorerna kontinuerligt medan det nu är vanligt med flera starter och

stopp varje dygn.

Denna rapport har som syfte att förtydliga det kraftspel som finns i dagens

generatorfundament, att beräkna uppträdande spänningar och att försöka

hitta data som bekräftar sprickbildningen. Känsligheten för sprickbildning

skall också undersökas.

I examensarbetet beskrivs inledningsvis bakgrunden till problemställningen.

Därefter ges en redogörelse för de krafter som belastar ett

generatorfundament. Denna kunskap gör det möjligt att analytiskt och

numeriskt beräkna spänningsförhållandet i generatorfundamentet. De

numeriska beräkningarna har genomförts med finit element metod (FEM) i

programmet Abaqus.

Examensarbetet påvisar att dragspänningarna vid flera lastfall är högre än

betongens uppskattade draghållfasthet som är ca 2 MPa. Dessa dragspänningar

uppkommer i samma områden på fundamenten där man har observerat

sprickbildning.

Arbetet visar också att de beräknade värdena av deformationerna i stator-

och armkorsupplag stämmer överrens med de uppmätta värdena på 0,2 till 0,4

mm. Detta styrker att de modeller som skapats i stora drag är korrekta.

Det är mycket som tyder på att det i huvudsak är de termiska pulserande

belastningarna som skapar dragsprickorna i fundamenten kring upplagen.

Speciellt höga laster uppstår vid den termiska kontraktion som uppkommer då

en generator stoppas och kyls av.

Vid sprickbildning i betongen måste armeringsstålet ta upp huvuddelen av

dragspänningarna. Vid ytterligare pålastning kommer stålet att nå sin

sträckgräns och börja plasticera. Beräkningar visar att strukturen, lokalt

kring sprickbildningen, blir cirka 25 gånger vekare då betongen spricker

upp och stålet tar upp dragspänningarna. Detta innebär att

deformationshastigheten kommer att öka synbart och att sprickorna

propagerar snabbare.

Generatorfundament är utsatta för utmattande laster. Lokalt kring stator-

och armkorsupplag kan dessa ha relativt stor inverkan. Det är där

vibrationerna från generator och axel tas upp. I material som utsätts för

periodiska laster och vibrationer kan mikrosprickor uppkomma som med tiden

propagerar och blir större.