Repräsentative Reverse-Engineering-Fallstudie · Wasserkraft

Kaplan-Turbinenschaufel rekonstruieren: von Kavitationserosion zur Nennleistung

Ein kanadisches Wasserkraftwerk stellte eine horizontale 3-MW-Kaplan-Turbine durch eine optimierte, gegossene und bearbeitete Ersatzschaufel wieder her, ohne die gesamte Anlage zu ersetzen.

Kaplan-Laufrad-Scanning und CAD-Rekonstruktion

Die Herausforderung

Eine 3-MW-Anlage lieferte nur noch 2 MW.

Kavitationsschäden und zunehmende Vibrationen reduzierten die nutzbare Leistung auf 2 MW. Der Hersteller hatte die Produktgeneration gewechselt; Zeichnungen und baugleiche Ersatzschaufeln waren nicht mehr verfügbar.

Der Kunde wollte die Leistung ohne Kosten und Unterbrechungen eines Komplettaustauschs wiederherstellen. Die beschädigte Schaufel musste zum Nachweis für einen Ersatz werden, der den Kavitationsmechanismus behebt statt wiederholt.

Die Herausforderung

Kavitation veränderte Profil und Leistung.

Erosion verändert Druck- und Saugseiten, die den Wasserstrom bestimmen. Mit dem Profilverschleiß steigen Vibrationen und sinkt die Energieumwandlung. Eine direkte Kopie der verschlissenen Form würde das Risiko reproduzieren.

Kaplan-Laufrad mit kavitationsgeschädigten Oberflächen

Der Ansatz

3D-Scanning und CFD: rekonstruieren und verbessern.

Vollständige Oberflächenerfassung, CAD-Rekonstruktion und mehrere Strömungssimulationsrunden lieferten eine kontrollierte Guss- und Bearbeitungsdefinition, keine einmalige Scankopie.

Schaufeloberfläche als technischen Nachweis erfassen

Muster und Kavitationszonen wurden dokumentiert; die gesamte Oberfläche wurde präzise gescannt. Eine editierbare CAD-Basis entstand unter Erhalt der Nachweise zur Trennung intakter Form und erosionsbedingter Verluste.

Physische Nachweise mit freigegebener Engineering-Revision erhalten
Hydraulische Optimierung vor Fertigungsfreigabe bewertet
Endgültiges CAD kontrolliert Guss und Bearbeitung

Kaplan-Schaufel-Scanning und CAD-Rekonstruktion.

CAD rekonstruieren und Hydraulik verbessern

Die Scanbasis wurde in Fertigungs-CAD überführt und mit Turbinenspezialisten in mehreren CFD-Iterationen geprüft. Die Schaufelmittellinie wurde zur Verringerung kavitationsfördernder Niederdruckbereiche angepasst. Ein Führungsring außen an der Nabe verbesserte die Strömungsführung und verringerte Wirbelbildung.

Physische Nachweise mit freigegebener Engineering-Revision erhalten
Hydraulische Optimierung vor Fertigungsfreigabe bewertet
Endgültiges CAD kontrolliert Guss und Bearbeitung

Abweichungsanalyse und Schaufeloptimierung.

Nach freigegebenem Modell gießen und bearbeiten

Das endgültige optimierte Modell wurde zur kontrollierten Definition für Guss und Fertigbearbeitung. Die Ersatzschaufel wurde in die Bestandsanlage eingebaut, ohne die gesamte Turbine auszutauschen.

Physische Nachweise mit freigegebener Engineering-Revision erhalten
Hydraulische Optimierung vor Fertigungsfreigabe bewertet
Endgültiges CAD kontrolliert Guss und Bearbeitung

Schaufelmodell für Guss und Bearbeitung.

Das Ergebnis

Nennleistung ohne neue Turbine wiederhergestellt.

Die optimierte Schaufel wurde nach dem endgültigen Modell gegossen, bearbeitet und in die vorhandene Kaplan-Anlage eingebaut. Leistung und Wirkungsgrad wurden wiederhergestellt und die produktive Lebensdauer verlängert.

LeistungNennleistung von 3 MW wiederhergestellt

WirkungsgradZum Auslegungsniveau zurückgeführt

AnlagenstatusBestandsanlage blieb im Netzbetrieb

KundennutzenInvestition in eine neue Turbine vermieden

Fertige Turbinenschaufel nach kontrollierter Herstellung

Lieferergebnisse

Eine neue Schaufel brachte die Anlage zur Auslegungsleistung zurück.

Kontrollierte Rekonstruktion und Optimierung führten vom beschädigten Muster zu einem eingebauten, verifizierten Ersatz ohne vollständigen Turbinentausch.

Optimiertes Schaufel-CAD

Parametrisches Modell aus präzisen Scannachweisen, durch CFD verbessert und für Guss und Bearbeitung freigegeben.

Gefertigte Ersatzschaufel

Nach endgültigem digitalen Modell gegossen und bearbeitet, anschließend in die Bestandsanlage eingebaut.

Einbauvalidierung

Die Inbetriebnahme bestätigte Nennleistung und Wirkungsgrad gemäß Projektziel.

Kundenrückmeldung

“Nach Wiederherstellung der Leistung lief die Anlage stabil. Wir mussten keinen vollständigen Turbinentausch mehr erwägen. Diese Lösung ersparte uns eine große Investition.”Projektleiter, kanadisches Wasserkraftwerk

Veröffentlichungshinweis

Dieser Bericht basiert auf einem tatsächlich gelieferten Projekt. Kundendaten und ausgewählte Parameter wurden anonymisiert. Senden Sie für ein ähnliches Projekt Ihre Bauteildaten über unsere Website zur ersten technischen Bewertung.

Was dieser Fall zeigt

Von Digitalisierung zur eingebauten hydraulischen Verbesserung.

Drei Fähigkeiten greifen ineinander: vollständige Erfassung ohne Zeichnung, CFD-geführte Verbesserung und geschlossene Fertigungskette von freigegebenen Daten zum eingebauten Bauteil.

Oberflächenabweichungsanalyse zur Unterstützung der CFD-Optimierung

Eine beschädigte Schaufel bleibt ein Engineering-Nachweis

Mit Schaufel, Betriebsbedingungen und Symptomen beginnen.

Teilen Sie Fotos, Maße, Anlagenkontext, Betriebshistorie und Prüfunterlagen. Wir definieren einen kontrollierten Erfassungs-, Engineering- und Validierungsplan.

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