Messtechnische Untersuchung und Optimierung von Einbauten zur Entsandung von Triebwasser

Abstract

Ziel dieser Arbeit war es, messtechnische Untersuchungen an einem Partikelabscheidesystem durchzuführen. Die Partikelabscheidung erfolgt durch Umlenkung der Strömung mittels Schaufeln, welche die Strömung in einen Drall versetzen. Die Zentrifugalkräfte bringen die Feststoffpartikel, die eine größere Dichte als Wasser besitzen, an die Außenseite der Strömung, wo sie später durch die Abscheider entfernt werden. Am vorhandenen Modell, das sich im Labor der Abteilung Strömungsmaschinen der TU-Wien befindet, wurden die Strömungsgeschwindigkeitsprofile mit Hilfe eines Laser Doppler Anemometers (LDA) bei verschiedenen Durchflüssen gemessen. Das LDA-Messsystem wurde vor der Messung mit einer selbst entwickelten Kalibriereinrichtung geprüft. Am Modell wurden die Transport- und Umfangsgeschwindigkeit gemessen. Es stellte sich heraus, dass ein großer Unterschied zwischen der CFD-Simulation und den Modellmesswerten bei der Umfangsgeschwindigkeit besteht. Als Ursache für diese Differenz wird der Luftwirbel, der sich im Trennrohr befindet, vermutet.<br />Die weitere Hauptaufgabe dieser Arbeit war die Messung des Trenngrades für verschiedene Partikeldurchmesser am Modell. Als Partikel wurde Quarzsand benutzt, der in unterschiedlichen Korndurchmesser Fraktionen getrennt wurde. Ein Messaufbau wurde entwickelt und konstruiert. Die Abscheidungseffizienz der Anlage wurde gemessen, indem eine vorher gewogene Quarzsandmasse me vor dem Axialzyklon eingespritzt wurde und nach der Abscheidung die Quarzsandmasse ma gefangen und wiederum gewogen wurde. Aus der Relation ma/me ergibt sich der Prozentanteil welcher abgeschieden wurde. Erkenntnisse aus der LDA-Messung und aus der Partikelstudie zeigen, dass die Konstruktion ein Verbesserungspotenzial aufweist. Die Messergebnisse sollen für eine Optimierung und Weiterentwicklung hilfreich sein.<br />

The aim of this master thesis was to perform measurement tests on a sediment separator system. An axial hydro cyclone spins the flow, and as a consequence of the centrifugal forces, the solid particles which are heavier than water will move to the outside edge of the flow, subsequently they are removed by the separator. Using a laser Doppler anemometer (LDA), the flow velocity was measured in the existing laboratory model, located in the laboratory of the Department of Fluid-Flow Machinery, Vienna University of Technology. The LDA measuring system was previously tested by using a calibration equipment, which was developed for this purpose. The tangential and axial velocities were measured on the model. It was noticed a difference between the CFD simulation and the measured values of the tangential velocity. The cause for this difference is probably the vortex located in the separation tube, after the axial hydro cyclone.<br />The other main task of this master thesis was to measure the degree of separation of the laboratory model for different particle sizes. Quartz sand, separated into fractions of different particle diameter was used as sediment. A measurement system was designed and constructed. The separation degree was measured by weighing the amount of sand me before injecting and after the filtering, ma. The proportion ma/me indicates the efficiency of the sediment separator.<br />The insights gained from the measurements have pointed some optimization possibilities for the sediment separator and should be helpful for further development.<br />