Modellierung und Optimierung einer passiven Kennlinienstabilisierungsmethode für axiale Kreiselpumpen

• Applicant: Professor Dr.-Ing. Friedrich-Karl Benra
• Subject Area: Fluid Mechanics
• Term: from 2010 to 2011
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 157989028

Durch Strömungsinstabilitäten im Teillastbereich wird der nutzbare Betriebsbereich axialer Kreiselpumpen in erheblichem Maße eingeschränkt. In der Literatur sind, vor allem aus dem Bereich der Axialverdichter, Methoden aktiver als auch passiver Art bekannt, um den nutzbaren Betriebsbereich zu vergrößern. Eine Übertragung dieser Techniken auf Kreiselpumpen axialer Bauart ist oft mit zusätzlichen Schwierigkeiten verbunden, die z.B. aufgrund des geänderten Strömungsmediums entstehen. So führt die Anwendung von Gehäusebearbeitungen (Casing Treatment) mit in das Gehäuse eingearbeiteten Axialnuten zwar zu der gewünschten Kennlinienstabilisierung bei vernachlässigbarer Veränderung des Wirkungsgrades, jedoch entstehen in den Gehäusenuten lokale Unterdruckgebiete, die zu Kavitation führen. Dies hat neben der verstärkten Geräuschentwicklung auch eine erhöhte Erosion des Gehäuses im Nutenbereich zur Folge. In einem neuen Ansatz wurde experimentell bereits eine so genannte Nebenauslassdüse erfolgreich in ihrer die Kennlinie stabilisierenden Wirkung getestet. In weiteren Untersuchungen sollen die Mechanismen, die zu dieser Stabilisierung führen, mit zusätzlicher Messtechnik aufgedeckt werden. Aufgrund der messtechnisch schlechten Zugänglichkeit der strömungsführenden Geometrie soll begleitend dazu ein numerisches Modell entwickelt werden, das zunächst an den Messwerten validiert, weitere Erkenntnisse in allen Bereichen des Strömungsraumes liefert. In einem weiteren Schritt soll dann durch zusätzliche Variationen der Einlaufgeometrie eine Optimierung der Düsengeometrie im Hinblick auf die Kennlinienstabilisierung und den Wirkungsgrad der Pumpe durchgeführt werden. Zur Absicherung dieser mit numerischen Methoden erzielten Ergebnisse ist eine experimentelle Überprüfung der Wirkung der neu entwickelten Geometrie in einem Folgevorhaben anzustreben.

• DFG Programme: Research Grants
• Participating Person: Dr.-Ing. Hans-Josef Dohmen