Konstruktives Layout von Einbauten zur Entsandung von Triebwasser

Abstract

Partikel im Triebwasser von Wasserkraftwerken können gegenüber der Bauteiloberfläche zu Hydroabrasiv-Verschleiß führen. Dadurch kann es zu Ausfällen der Kraftwerke und hohen finanziellen Einbußen kommen.<br />Unter verschiedenen Möglichkeiten der Entsandung des Triebwassers von Wasserkraftanlagen, wurde im Rahmen dieser Arbeit der Hydrozyklon in axialer Bauweise bezüglich seiner Eigenschaften untersucht.<br />Anhand von Berichten über gebaute Kraftwerksanlagen werden die schwerwiegenden Folgen von Hydroabrasiv-Verschleiß aufgezeigt und nach Vorstellung der wesentlichen Verschleißmechanismen werden Lösungsansätze zur Abscheidung von Partikeln aus dem Triebwasser vorgestellt. Im Rahmen einer Machbarkeitsstudie wurde anhand konkreter Angaben eine Gruppe vier identischer Zyklone in Parallelschaltung entwickelt und die grundsätzliche Eignung des Konzepts zur Entsandung von Triebwasser festgestellt. Im nächsten Schritt wurde eine Variantenstudie mit verschiedenen Zyklon-Designs durchgeführt, in der unter Zuhilfenahme von CFD-Simulationen eine Optimierung in Richtung geringstem Druckabfall und bester Partikelabscheidung vorgenommen wurde. Das beste Design wurden weiterentwickelt und in Form eines Labormodells realisiert. Die Untersuchungsergebnisse sowohl aus Experimenten wie auch aus darauf basierenden CFD-Simulationen sollen zur weiteren Verbesserung des Designs hinsichtlich verschiedener Optimierungskriterien führen. Das soll in weiterer Folge unter Einhaltung gewisser Ähnlichkeitsbedingungen sowie unter Zuhilfenahme begleitender CFD-Simulationen die Auslegung von Großausführungen des Axialzyklons ermöglichen.<br />

Silting can cause abrasive wear on the surfaces of hydro power plants and therefore lead to shutdowns of the plants and high costs.<br />Among other methods for desanding the water of hydro power plants, the axial hydro cyclone was chosen to study its characteristics.<br />The serious consequences of abrasive wear are shown on examples of affected plants. After explanation of the relevant mechanism of abrasive wear, possible solutions for desanding are introduced. A feasibility study based on precise specifications proved the concept and led to a group of four identical hydro cyclones connected in parallel. By means of computational fluid dynamics a study of various cyclone designs was carried out for an optimization in terms of low pressure drop and good desanding. The best design was improved and a laboratory model was built. The results of experiments and subsequent computational fluid dynamics shall lead to further optimization with respect to different criteria. Keeping certain similarity relations and making use of accompanying computational fluid dynamics are to allow a scale-up of the laboratory model to a large scale cyclone.