Posudky závěrečné kvalifikační práce

Posudek vedoucího

Štefan, David

Student Matěj Machoň vypracoval diplomovou práci, která se zabývá tématem souvisejícím s provozem vysoko-spádových vodních turbín, konkrétně s problematikou interakce rotoru se statorem. Geometrie turbíny vychází z výzkumného projektu řešeného na univerzitě NTNU v Trondheimu, kde také student strávil zahraniční pobyt v rámci Erasmus programu. Byly zkoumány různé metody výpočtu a jejich vliv na obdržené výsledky. Nad rámec samotného tématu práce byla vytvořena studie vlivu přídavných účinků od kapaliny na oběžné kolo - konkrétně na modální vlastnosti. Student pilně pracoval a projevil velký zájem o řešení této problematiky, což se také odrazilo ve velmi pěkně zpracované práci. Text i grafická stránka práce je na velice dobré úrovni a z obdržených výsledků a metodologie lze pokračovat v dalším řešení této problematiky. Práci doporučuji k obhajobě.

Dílčí hodnocení
Kritérium	Známka	Body	Slovní hodnocení
Splnění požadavků a cílů zadání	A
Postup a rozsah řešení, adekvátnost použitých metod	A
Vlastní přínos a originalita	A
Schopnost interpretovat dosažené výsledky a vyvozovat z nich závěry	A
Využitelnost výsledků v praxi nebo teorii	A
Logické uspořádání práce a formální náležitosti	A
Grafická, stylistická úprava a pravopis	A
Práce s literaturou včetně citací	A
Samostatnost studenta při zpracování tématu	A

Navrhovaná známka: A

Posudek oponenta

Skoták, Aleš

Téma diplomové práce souvisí s aktuálním problémem únavového poškozování nově instalovaných oběžných kol při rekonstrukcích vysokospádových Francisových vodních turbín. Řešením tohoto problému, souvisejícího pravděpodobně se ztenčováním profilů oběžných lopatek v rámci špičkování účinnosti turbíny, se v dnešní době zabývají prakticky všichni renomovaní světoví výrobci vodních turbín. Diplomová práce navazuje na nedávný výzkum univerzity v Trondheimu, kde se začali touto problematikou intenzivně zabývat po několika nedávných haváriích nově rekonstruovaných vysokospádových Francisových turbín. Právě výsledky provedeného experimentu na modelu v laboratoři a geometrie konkrétní Francisovy turbíny byly použity jako vstupní informace pro zadání diplomové práce. V úvodu diplomové práce je proveden teoretický rozbor problematiky interakce lopatkových mříží rotoru a statoru (RSI) a definován základní matematický model zahrnující vliv kombinace počtu jednotlivých lopatkových mříží na tvar a frekvenci budícího tlakového pole. V souvislosti s následnou analýzou kmitání a případné rezonance je proveden teoretický rozbor kmitání disků a je provedena definice afinního buzení. Dále následuje teorie kmitání tělesa s jedním stupněm volnosti, kmitání tělesa s vlivem okolního prostředí, definice vlivu přídavné hmotnosti, přídavné tuhosti a přídavného tlumení. Úvodní teorie je doplněna o rovnice modelování nestacionárního turbulentního proudění. Dále následuje praktický výpočet a analýzy výsledků. Zvolený přístup numerického modelování nestacionárního proudění v kombinaci s řešičem Ansys je adekvátním nástrojem pro určení reálného dynamického hydraulické zatížení oběžného kola. Jako referenční metodu byla zvolena plnohodnotná nestacionární numerická simulace celé turbíny, tj. výpočet zahrnoval všechny oběžné, rozváděcí i výztužné lopatky, spirálu a savku. Výsledky této metody jsou ve srovnání s experimentálními daty z hlediska frekvencí i amplitud uspokojivé, úloha je však příliš náročná na čas a výpočetní techniku. Z tohoto důvodu se diplomant snažil řešení zjednodušit použitím alternativní metody označené v programu Ansys jako „Transient blade row modelling“. Zde se volbou vhodné transformace mezi nestejnými roztečemi lopatkových mříží podařilo nalézt cestu, kdy jsou výsledky také srovnatelné s experimentem při nižší náročnosti na výpočetní čas. Posledně jmenovaná metoda přináší minimálně poloviční úsporu výpočetního času, což může být při praktickém využití zásadní. Pro řešení doplňujícího cíle, modální analýzu oběžného kola Francisovy turbíny s vlivem okolního prostředí, byl využit program Ansys Mechanical s použitím akustických prvků simulujících vliv okolní tekutiny. Jak autor sám uvádí, výsledky nebyly ve shodě s experimentem ani s výsledky jiných autorů, a tudíž tato simulace nemusela být provedena korektně z důvodu určitých zjednodušení, Na závěr hodnocení předložené diplomové práce je třeba zdůraznit, že téma i zadání práce je poměrně náročné a vyžadovalo od diplomanta vysokou znalost dané problematiky a následně také vysoké pracovní nasazení. Diplomant navíc nad rámec zadání provedl také modální analýzu oběžného kola, která s problematikou bezprostředně souvisí a snažil se takto problematiku řešit komplexně. Celkově je práce na velmi vysoké úrovni, jak obsahově, tak stylisticky, pravopisně a také z hlediska grafické úpravy.

Dílčí hodnocení
Kritérium	Známka	Body	Slovní hodnocení
Splnění požadavků a cílů zadání	A
Postup a rozsah řešení, adekvátnost použitých metod	A
Vlastní přínos a originalita	A
Schopnost interpretovat dosaž. výsledky a vyvozovat z nich závěry	A
Využitelnost výsledků v praxi nebo teorii	A
Logické uspořádání práce a formální náležitosti	A
Grafická, stylistická úprava a pravopis	A
Práce s literaturou včetně citací	A

Navrhovaná známka: A

Otázky

1. V kapitole popisující matematický model RSI (str. 23) je uvedeno, že se při konstrukci Francisových turbín používají kombinace 7 a11, 9 a 11. Dle zkušeností oponenta nejsou tyto kombinace zcela obvyklé. Mohl by autor objasnit, z čeho čerpal?
2. V tabulkách energetického srovnání vypočtených a experimentálních parametrů (tabulka 3.2, 3.6 a 3.8) není soulad při výpočtu odchylku z hlediska jejího znaménka. V textu jsou ale závěry porovnání již popsány správně.
3. Na str. 47 autor uvádí, že z důvodu přítomnosti „vírového copu“ by mohlo být zjednodušení s vynecháním modelování oblasti savky ne zcela adekvátní. Dle Obr. 3.15 se vírová striktura pod oběžným kolem jeví jako symetrická (ne spirálovitá). Tím by se dala vysvětlit skutečnost, že vynecháním oblasti savky se výsledky simulace prakticky nezměnily.
4. Jak autor popisuje, při experimentu na NTNU Trondheim docházelo údajně k rezonancím na 2. harmonické frekvenci (278,95 Hz). Dle modální analýzy (Lit.3) se jedná o frekvenci kmitání lopatek, ne kmitání disku jako takového. Modální analýza provedená autorem ukazuje pouze vlastní tvary disku, ne kmitání lopatek jako takových. Byly analyzovány také tvary, kdy kmitají jen lopatky?
5. Rezonanční kmitání je obvykle odhaleno na turbínách reálné velikosti. Je autorovi známo, jakým způsobem bylo přistupováno při modelování rezonance na modelu turbíny v laboratoři s ohledem na podobnost s prototypem?