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Projekt
Coanda-Rechen
Projekt auf einen Blick

Projekt auf einen Blick

Wie funktioniert der Coanda-Effekt? Wenn Hochdruckwasserkraftwerke in den Alpen Wasser aus Flüssen entnehmen, kommen heute in der Regel Fallrechen (auch: Tiroler-Wehre) zum Einsatz: Das ist ein Stahlrost, dessen Stäbe 3 bis 10 cm Abstand haben und üblicherweise in Flussrichtung verlaufen. Tiroler-Wehre halten Steine und Geröll (> 6,3 cm Durchmesser) zurück, nicht aber Kies (2 mm – 6,3 cm Durchmesser) und Sand (< 2 mm Durchmesser). Auch Treibgut wie Äste und Blätter werden durch ein Tiroler-Wehr mitunter nicht zurückgehalten.

Viel höher ist die Reinigungswirkung eines Coanda-Rechens, denn hier ist der Stababstand bis zu 100 Mal kleiner als beim Tiroler-Wehr (0,2 – 3 mm). Die Stäbe verlaufen quer zur Strömung, und bilden eine abfallende Krümmung. Diese Krümmung ist so gewählt, dass sich das darüber fliessende Wasser daran anhaftet. Von jedem Stab wird eine dünne Wasserschicht abgeschert (wie die Klingen eines Mehrklingenrasierers). Das Anhaften des Wassers ist dem Coanda- Effekt zuzuschreiben, der auf den rumänischen Physiker Henri Marie Coanda (1886 - 1972) zurückgeht. Coanda-Rechen sind für Mittel- und Hochdruckkraftwerke geeignet, nicht aber für Niederdruckkraftwerke (Fallhöhe des Wassers weniger als 15 m). Der Coanda-Rechen bringt nämlich je nach Typ einen Fallhöhenverlust von 0,7 bis 2,2m mit sich – daher wäre sein Einsatz hier unwirtschaftlich.

Von 2015 bis 2017 wurden die bestehenden Anlagen der Schweiz im Rahmen des ersten Coanda-Projektes analysiert. In einem ersten Feldversuch wurde ein Richtwert für die Abweisungsgrade ermittelt. Seit 2017 wird im Rahmen der Projektfortsetzung im Wasserbaulabor die Sedimentabweisung genauer untersucht und es werden Optimierungsmöglichkeiten an den Rechen erforscht.

Ausgangslage

Ausgangslage

Um Beschädigungen an Turbinen möglichst gering zu halten, wird das Wasser vor der Verwendung in Wasserkraftwerken von Geröll, Kies und Sand befreit. Hierzu werden in jüngerer Zeit auch sogenannte Coanda-Rechen eingesetzt. Diese stellten eine gute Alternative zu herkömmlichen Fallrechen (Tiroler-Wehren) mit Sandfang dar, wie das Forschungsteam des IBAR festgestellt hat. Allerdings lösen die Rechen die Versprechen der Hersteller nicht in allen Punkten ein.

In Hochdruckwasserkraftwerken erreicht das Wasser eine hohe Geschwindigkeit, bevor es mit Wucht auf die Schaufeln der Turbinenräder trifft. In dieser Situation führen Fremdkörper im Wasser zu Schäden an den Turbinen. Selbst Sandkörner entwickeln unter hohem Druck eine Kraft, mit der sie an Turbinenschaufeln bleibende Spuren hinterlassen.

Vor diesem Hintergrund versteht es sich von selbst, dass die Betreiber von Wasserkraftwerken alles daran setzen, das Wasser an den Fassungen gründlich von Kies und Sand zu reinigen. Stammt das Wasser aus Stauseen, gelingt dies relativ einfach, da sich Fremdkörper im See absetzen und die Wasserfassung gar nicht erst erreichen. Ungünstiger ist die Ausgangslage, wenn das Wasser direkt aus einem Fluss entnommen wird. In diesem Fall wird das Wasser in einem ersten Schritt durch einen Fallrechen von Gestein und Geröll gereinigt. Das grob gereinigte Wasser strömt anschliessend in ein Absetzbecken, das als Sandfang bezeichnet wird. Hier setzen sich Kies und Sand ab, bevor das Wasser durch den Druckstollen bzw. das Druckrohr auf die Turbinen zuströmt.

Prinzipskizze eines Coanda-Rechens
Projektziel

Projektziel

Coanda-Rechen erfreuen sich in Österreich und in Südtirol unterdessen grosser Beliebtheit. In der Schweiz werden sie dagegen eher zögerlich eingesetzt, weil manche Wasserbauverantwortliche der noch relativ jungen Anlage nicht recht trauen (Furcht vor Verstopfung durch Sand und Eis; Angst vor schnellem Verschleiss). Das IBAR-Forschungsteam um Prof. Dr. Imad Lifa hat sich das Ziel gesetzt, wissenschaftlich tragfähige Grundlagen rund um den Coanda-Rechen zu erarbeiten und bereitzustellen.

Team

Team

Wissenschaftliche Projektleiterin

Folgender ehemaliger Mitarbeiter der FH Graubünden hat an diesem Projekt mitgewirkt:

  • Sascha Dosch

Beteiligte

Das Projekt wurde vom Institut für Bauen im alpinen Raum (IBAR) im Auftrag des Bundesamts für Energie umgesetzt.