V-GPER – Industrial validation of the prediction of hydro-abrasive erosion for a prototype-scale Pelton turbine to reduce the outage time for repair

• Research unit: SFOE
• Project number: SI/501786

Key words (English)

Pelton silt erosion, predictive maintenance

Short description (English)

The prediction of the hydro-abrasive erosion experienced by a Pelton turbine when operating with silt laden flow is a prerequisite for reducing the outage time for repairs. A multiscale numerical methodology to simulate this erosion has already been validated for laboratory-scale impinging slit-laden jets on a flat plate, providing unprecedented accuracy. The present project aims at validating the methodology in the industrial environment of an existing full-scale Pelton turbine. The prediction of the hydro-abrasive erosion experienced by a Pelton turbine when operating with silt laden flow is a prerequisite for reducing the outage time for repairs. A multiscale numerical methodology to simulate this erosion has already been validated for laboratory-scale impinging slit-laden jets on a flat plate, providing unprecedented accuracy. The present project aims at validating the methodology in the industrial environment of an existing full-scale Pelton turbine.

Short description (French)

La prédiction de l'érosion d'une turbine Pelton exploitée avec une eau chargée de sédiments est indispensable pour réduire les temps d'arrêts dus aux réparations. Une méthodologie multi-échelle pour prédire cette érosion a déjà été validée avec une précision inédite à l'échelle du Laboratoire par une étude expérimentale de l'érosion d'une plaque plane par un jet chargé de sédiments. Le projet est de valider cette méthodologie dans l'environnement industriel d'une turbine Pelton existante.

Final report (English)

The technical capability to predict the hydroabrasive erosion experienced by a Pelton turbine when operating with sediment-laden flow is a prerequisite for reducing the outage time for repairs. A multiscale numerical methodology to simulate this erosion process has already been validated for laboratory-scale impinging slurry jets on a flat plate, providing unprecedented accuracy. The present project aims at validating the methodology in the industrial environment by performing multiscale simulations of the erosion of prototype-scale Pelton turbines and comparing the results with available experimental data.

The report is related to the numerical simulation of erosion in the two case studies scheduled for the project, i.e. the study case of a Pelton runner bucket at stand still and the study case of rotating runner buckets. The numerical simulation results, such as the sediment flux or the average impact angle and velocity distributions on the bucket surface, bring insight into the erosion process. Furthermore, they explain the resulting erosion distributions, which are in very good agreement with the corresponding experimental erosion results available.

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• Final Report [PDF] 1'444 kB

Final report (French)

La capacité technique permettant la prédiction de l'érosion hydroabrasive d'une turbine Pelton exploitée avec une eau chargée en sédiments est indispensable pour réduire les temps d'arrêts dus aux réparations. Une méthodologie numérique multi-échelle de prédiction a déjà été validée avec une précision inédite à l'échelle du laboratoire dans le cadre d’une étude expérimentale de l'érosion d'une plaque plane par un jet chargé en sédiments. Ce projet consiste à valider cette méthodologie en l'environnement industriel en prédisant l’érosion de turbines Pelton existantes, et comparant les résultats avec des données expérimentales.

Le présent rapport est relatif aux simulations numériques de l’érosion dans les deux cas d'études prévus dans le projet soit le cas d’un auget d'une roue Pelton stationnaire, et le cas d'augets d'une roue Pelton en rotation. Les résultats obtenus tels que les distributions de flux de sédiments, de vitesse et d'angle d’impact sur la paroi de l’auget, apportent un aperçu inédit sur le processus d'érosion. En outre, ils permettent d’expliquer les distributions d’érosion obtenues, qui sont en très bon accord avec les données expérimentales correspondantes.