DE1503271C3 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herabsetzen der Strömungsreibung in einem hydraulischen Turbinensystem an einer Fläche, über die eine Wasserströmung fließt, wobei an der Fläche oberhalb der Wasserströmung ein viskoelastisches, wasserlösliches, lineares Polymer zur Reibungsherabsetzung eingeführt wird, welches in laminarer Strömung über die Fläche fließt.

Bei Turbinen, Pumpen und anderen hydraulischen Maschinen, wie diese beispielsweise zur Stromerzeugung in Wasserkraftanlagen verwendet werden, ist die Spitzenleistung durch die bei der Durchströmung der Anlage auftretenden Reibungsverluste begrenzt. Große Maschinen, die mit niedrigen Drehzahlen und mit niedrigen Wassergeschwindigkeiten betrieben werden, zeigen etwas geringere Reibungsverluste, aber dies wird nur auf Kosten einer beträchtlichen Größe der Maschine und entsprechend hoher Kapitalinvestitionen erreicht. Es besteht deshalb das Bedürfnis, den Wirkungsgrad bei den zur Zeit vorliegenden hydraulischen Anlagen, einschließlich Turbinen und Pumpen, ohne Steigerung des Kapitalaufwandes wesentlich zu erhöhen.

Aus der US-PS 30 23 760 ist bereits ein Verfahren bekannt, mit dem zur Herabsetzung von Pumpkosten eine Verringerung der Wasserreibung bei Strömungsmaschinen bis zu 87 % durch Einführen eines wasserlösliehen linearen Sulfomat-Polymers mit hohem Molekulargewicht in einer Menge von 0,005 bis 1,0 Gew.-% bezweckt wird. Das Polymer wird irgendwo am Eingangsende des Strömungssystems zugesetzt und fließt mangels geeigneter Maßnahmen am Auslaßende ohne weitere Nutzung ab.

Aufgabe der Erfindung ist, ein Verfahren anzugeben, mit dem:der Wirkungsgrad eines Turbinensystems in noch stärkerem Maße verbessert werden kann, als dies durch das bekannte Verfahren möglich wäre, und bei dem das die Reibung herabsetzende Polymer besser genutzt wird als bisher.

Die Erfindung löst diese Aufgabe durch das im Patentanspruch 1 beschriebene Verfahren.
Die für die Widerstandsminderung besonders geeigneten Materialien fallen offenbar in eine spezielle Kathegorie. Es handelt sich bei diesen um viskoelastische Polymere, die folgende Eigenschaften aufweisen: eine hohe Polarität, Wasserlöslichkeit, ein hohes f| Molekulargewicht und eine starke Fähigkeit zur Wasserstoffbindung. Darüber hinaus sind diese Polyme- ' re sehr lang, besitzen eine hohe Linearität bei nur wenigen Seitenverzweigungen μπα weisen dementsprechend ein äußerst großes Verhältnis von Moleküllänge zu Moleküldurchmesser auf. Durch die Linearität wird offenbar eine gewisse Verkettung zwischen den langen Molekülen bewirkt, durch die eine laminare Strömung erzeugt wird und turbulente Strömungen in der Anlage weitgehend herabgesetzt werden. Eine laminare Strömung ruft nur einen verhältnismäßig geringen Reibungswiderstand innerhalb der hydraulischen Anlage hervor, so daß dementsprechend der Wirkungsgrad beträchtlich erhöht wird. Die Wasserlöslichkeit und das hohe Molekulargewicht sind ebenfalls wesentlich, um das widerstandsmindernde Material wirksam im Wasser lösen zu können, so daß die gewünschte Widerstandsminderung erreicht wird. Einige besonders günstige Stoffe sind Guar Gum (Guaran), Locust Bean Gum (aus der Frucht des Johannisbeerbaumes gewonnenes Gummi), Karageen oder isländisches Moos, Karaya- | Gummi, Hydroxyäthylzellulose, Natrium-Karboxymethylzellulose, Polyäthylenoxid, Polyacrylamid und Polyvinylpyrrolidon. Diese Stoffe stellen Beispiele für Substanzen dar, die die vorerwähnten Eigenschaften aufweisen und eine besonders gute Widerstandsherabsetzung in hydraulischen Anlagen erbringen. Die widerstandsmindernden Stoffe werden zwecks Hydrolisierung mit Wasser vorgemischt und dann in die Grenzschicht an der Oberfläche der hydraulischen Anlage eingespritzt, z. B. an Stellen wie an denZuflußkanälen, den Leitflügeln, den Düsen, den Diffusorwänden, den Läuferschaufeln, den Saugrohren oder den Läuferflächen. Die Oberflächen werden dann von dem hydrolisierten, widerstandsmindernden Stoff eingehüllt, wodurch eine 75 bis 90 % Verringerung des Reibungs-Widerstandes an den Oberflächen und dementsprechend ein beträchtlicher Anstieg des Wirkungsgrades der Anlage erreicht werden. Sehr häufig sind einige Umläufe des widerstandsmindernden Materials erforderlich, ehe sich dieses in einem geeigneten Lösungszustand befindet, in dem es eine maximale Wirkung erbringt. Durch die vorgesehene Zirkulation des widerstandsmindernden Materials ist eine Möglichkeit angegeben, wie dieses maximal ausgenutzt werden

kann. Es ist selbstverständlich, daß das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung auch bei Leitschaufeln od. dgl. angewendet werden kann.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel zur Realisierung der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt. Sie zeigt eine Turbinenschaufel im Querschnitt.

Das viskoelastische Material ist in der Kammer 2 gespeichert, die nahe an der vorderen Kante 3 der Turbinenschaufel 1 angeordnet ist. Das Material strömt durch Leitungen aus und fließt weiter längs des oberen Randes 4 und des unteren Randes 5 der Schaufel 1, wobei es eine beträchtliche Herabsetzung des Widerstandes bewirkt. Ein Kanal 6 an der oberen Fläche 4 und ein Kanal 7 an der unteren Fläche 5 nahe der Hinterkante der Turbinenschaufel 1 haben den Zweck, einen beträchtlichen Anteil des widerstandsmindernden Materials nach seinem Fluß über die Flächen 4 und 5 einzufangen und in einen Behälter 8 zu führen, von wo es durch eine Leitung 9, die sich durch die Schaufel erstreckt, in die Kammer 2 gepumpt wird, so daß dieses Material unter maximaler Ausnutzung zirkuliert.

Durch die Zirkulation des widerstandsmindernden, viskoelastischen Materials wird die für einen maximalen Wirkungsgrad erforderliche Menge des Materials beträchtlich verringert. Es sei bemerkt, daß optimale Ergebnisse erzielt werden können, wenn man die Menge des zugesetzten Materials derart steuert, daß diese maximal ausgenütz wird.

Der Ausdruck »viskoelastisch« wurde entsprechend dem internationalen Normvorschlag (ISO) verwendet.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Herabsetzen der Strömungsreibung in einem hydraulischen Turbinensystem an einer Fläche, über die eine Wasserströmung fließt, wobei an der Fläche oberhalb der Wasserströmung ein viskoelastisch.es, wasserlösliches, lineares Polymer zur Reibungsherabsetzung eingeführt wird, welches in laminarer Strömung über die Fläche fließt, dadurch gekennzeichnet, daß das viskoelastische Polymer an einer Vorderkante einer Turbinenschaufel zugesetzt wird und in laminarer Strömung über die Oberfläche der Turbinenschaufel fließt, und daß ein Teil des Polymers an der Hinterkante der Turbinenschaufel durch in ■ ihrer Oberfläche vorgesehene Kanäle wiedergewonnen und der wiedergewonnene Teil durch die Turbinenschaufel hindurch zurückgeleitet und dann wieder über die Oberfläche der Turbinenschaufel geführt wird.

2. Turbinensystem mit einer Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich eine Einführungsvorrichtung (2) für das viskoelastische Polymer nahe an der Vorderkante (3) einer Turbinenschaufel (1) befindet, daß eine Vorrichtung (6,7) zum Wiedergewinnen eines Teils des die Reibung herabsetzenden Materials an einer Hinterkante der Turbinenschaufel vorgesehen ist, und daß eine Vorrichtung vorgesehen ist, welche zur Erhöhung des Wirkungsgrades den wiedergewonnenen Teil zur Einführungsvorrichtung (2) zurückleitet.

3. Turbinensystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einführungsvorrichtung durch eine das Polymer speichernde, durch Leitungen mit der Außenseite verbundene Kammer (2) in der Turbinenschaufel (1) gebildet ist, und daß die Vorrichtung zum Wiedergewinnen und Zurückleiten des Polymers Kanäle (6, 7, 8) sind, die von der Hinterkante durch das Innere der Turbinenschaufel (1) zu der Kammer (2) führen.