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Pumpensysteme - Unsymmetrische Zuströmung zu radialen Laufrädern

Pumpensysteme - Unsymmetrische Zuströmung zu radialen Laufrädern
Ansprechpartner:

Dr.-Ing. Sten Mittag

Unsymmetrischen Strömungen in Pumpe-Krümmer-Systemen

Anforderungen an Bauraum bzw. Kompaktheit von Strömungsmaschinen führen häufig zu verkürzten Zulaufstrecken und damit zu verzerrten Anströmprofilen. Weiterhin findet man für Pumpen häufig die zusätzliche Bedingung einander paralleler Zu- und Ablaufleitungen, was bei radialen Pumpen zwangsläufig zu einem kompakten Zulaufkrümmer direkt stromaufwärts des Ansaugstutzens führt, im extremsten Fall zu einer sog. In-Line-Pumpe. Diese Einlaufkrümmer verursachen Verluste und Sekundärströmungen, und in Folge davon ungleichförmige Geschwindigkeitsverteilungen in der Zuströmung. Durch diese ungleichförmige Zuströmung erfährt das Laufradgitter eine permanente Veränderung des Anströmwinkels und damit eine instationäre Durchströmung.

Abbildung1: Unsymmetrische Zuströmung zu einem radialen Pumpenlaufad durch vorgeschalteten Zulaufkrümmer

Mit Hilfe experimenteller und numerischer Methoden, soll die Strömung im Schaufelgitter untersucht werden. Zur Anwendung der laseroptischer Methoden (High Speed Stereoscopic Particle Image Velocimetry) wird ein brechungsindexangepasstes Fluid benutzt, um die Strömung in den sonst optisch unzugänglichen Bereich der Schaufeleintrittskanten visualisieren zu können. Begleitende werden numerische Berechnungen durchgeführt.


 

Abbildung 2: Messebene und Laserlichtschnitt durch Laufrad

Im Rahmen der grundlegenden Untersuchung des Einflusses unsymmetrischer Anströmung soll das Optimierungspotential des Pumpe-Krümmer-Systems analysiert werden. Hierzu wird ein Krümmer mit weitgehend gleichförmigem Anströmprofil entwickelt und dessen Einsatz im Gesamtsystem vergleichend untersucht. Dies erfolgt mittels numerisch gestützter Optimierungsmethoden.


 

Ziel dieser vergleichenden Untersuchung ist es, mit zwei unterschiedlichen Zulaufkrümmern bei gleichbleiben-der Laufradgeometrie, erweiterte Erkenntnisse über die Reaktion der Laufradströmung auf die Abströmung des Krümmers zu finden.
Diese Maßnahmen können zu konkurrierenden Effekten führen (Abbildung 3): 

 

Durch seine komplexere geometrische Form erzeugt der hinsichtlich Anströmprofil optimierte Krümmer höhere Verluste innerhalb des Krümmers.

 vs.

Ein optimierter Krümmer bewirkt durch sein verbessertes Laufradanströmprofil eine Anhebung der Kennlinie infolge geringerer Verluste innerhalb des Laufrades.

 

 

 

Abbildung 3: Verbesserter Betriebspunkt des Systems trotz stärker Drosselung durch den optimierten Krümmer