Effizienzerhohung von Fluidfordersystemen

Ein zentrales Anliegen von Pumpenforschern und -entwicklern ist die Bereitstellung energieeffizienter und zuverlassig funktionierender Pumpen - Pumpen also mit hoher wirtschaftlicher Effizienz. Neben der optimierten Auslegung von Pumpen bereits in der Produktentwicklung ist hierbei die Echtzeit-Uberwachung der Pumpe im laufenden Betrieb eine entscheidende Voraussetzung fur solch einen wirtschaftlich effizienten Betrieb. Die heute in der industriellen Praxis zum Einsatz kommenden Methoden geben jedoch haufig nur unzureichend Aufschluss uber den Betriebs-, Belastungs- und Verschleizustand der Pumpe. In dieser Arbeit werden deshalb drei neue Manahmen vorgestellt, die zur Erhohung der Energieeffizienz und der Verfugbarkeit von Pumpen beitragen. Eine wichtige Gre zur Detektion von Leckagen und zur energieoptimalen Anpassung der Pumpendrehzahl ist der aktuell durch die Pumpe flieende Volumenstrom. Aus Kostengrnden wird dieser heute jedoch meist gar nicht erfasst. Deshalb wurde in dieser Arbeit die integrierte Volumenstromerfassung untersucht, welche die Messung desselben mit gnstigen, innerhalb der Pumpe angebrachten Drucksensoren ermglicht. Anhand experimenteller Untersuchungen wurde gezeigt, dass eine Volumenstrombestimmung mit einer Genauigkeit von ca. 1 % Messabweichung vom wahren Volumenstromwert - auch fr unterschiedliche Reynoldszahlen - mglich ist. Somit ist nun die wissenschaftliche Grundlage fr eine kostengnstige, integrierte Volumenstrombestimmung geschaffen. Eine wichtige Belastungsgre fr eine Pumpe ist Kavitation. Die Bestimmung der Kavitationsintensitt ist in der industriellen Praxis bisher nicht mglich. In dieser Arbeit wurde deshalb auf die Kavitationsintensitt in einer Pumpe ber auen am Gehuse vorliegende Messsignale geschlossen. Zwar ist eine experimentelle Kalibrierung hierbei nur unter realer Kavitationseinwirkung mglich, dennoch kann das am Gehuse gemessene akustische Kavitationsintensittskennfeld zur berwachung des Kavitationsverhaltens einer drehzahlvariablen Pumpe genutzt werden. Abweichungen zu diesem Kennfeld weisen auf vernderte Kavitationsrandbedingungen im Betrieb gegenber dem Referenzzustand hin. Kenntnis ber den Verschleizustand einer Pumpe ist ntig, um zum einen ein Bauteil vor seinem Versagen austauschen und um zum anderen schleichende Wirkungsgradverluste identifizieren zu knnen. In dieser Arbeit wurde deshalb die Grundlage geschaffen, den Verschleizustand des Dichtspalts in Pumpen nach Spiralgehuseart modellbasiert zu bestimmen. Aus den drei im Betrieb gemessenen Gren Volumenstrom, Druckdifferenz ber den Spalt und Drehzahl wird die erwartete Druckdifferenz im Radseitenraum berechnet und mit der tatschlichen verglichen. Aus der Differenz kann auf die Gre der Spaltmanderung geschlossen werden. Mit diesem Verfahren wird eine Genauigkeit erreicht, mit der ber den gesamten Betriebsbereich die tatschliche Spaltmanderung um maximal 5 Prozentpunkte berschtzt wird. Das Verfahren kann auf Flle, in denen keine Reynoldsgleichheit vorliegt (z. B. bei drehzahlgeregelten Pumpen) erweitert werden. Somit ist es mglich, durch eine einfache Messanordnung Rckschluss auf den Verschleizustand der Pumpe zu ziehen. Wartungsintervalle knnen nun beispielsweise so geplant werden, dass ein kostspieliges Versagen der Pumpe nicht auftritt bzw. ein Absinken der Effizienz der Pumpe zum optimalen Zeitpunkt behoben wird.