Titelaufnahme

Titel
Messtechnische Untersuchungen an radialen Kreiselpumpenlaufrädern mit niedriger spezifischer Drehzahl / von Christoph Lang
VerfasserLang, Christoph
Begutachter / BegutachterinMatthias, Heinz-Bernd ; Promper, Otmar
Erschienen2007
Umfang113 Bl. : Ill., graph. Darst.
HochschulschriftWien, Techn. Univ., Dipl.-Arb., 2007
Anmerkung
Zsfassung in engl. Sprache
SpracheDeutsch
DokumenttypDiplomarbeit
Schlagwörter (DE)radiale Kreiselpumpe / niedrige spezifische Drehzahl / CFD
Schlagwörter (EN)radial centrifugal pump
URNurn:nbn:at:at-ubtuw:1-17370 Persistent Identifier (URN)
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Messtechnische Untersuchungen an radialen Kreiselpumpenlaufrädern mit niedriger spezifischer Drehzahl [2.7 mb]
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Zusammenfassung (Deutsch)

Im Rahmen dieser Diplomarbeit wurden am Pumpenprüfstand Kennfeldmessungen von zwei radialen Laufrädern einer Kreiselpumpe mit niedriger spezifischer Drehzahl durchgeführt. Es erfolgte ein Vergleich der Messergebnisse mit den Ergebnissen einer CFD-Rechnung.

Dabei konnten deutliche Abweichungen zwischen den Ergebnissen der Simulation und der Messung festgestellt werden. Ein Grund für diese Abweichung war die Nichtberücksichtigung der Spaltströmung in der Simulation. Diese Spaltströmung hat bei kleinen Kreiselpumpen mit niedriger spezifischer Drehzahl einen großen Einfluss auf den Wirkungsgrad der Pumpe.

Da die PIV-Messung dieser Spaltströmung im Radseitenraum der Kreiselpumpe keine Erkenntnisse brachte, wurde der Anteil des Spaltvolumenstromes am Gesamtvolumenstrom im Bestpunkt analytisch abgeschätzt. Die Spaltströmung kann durch die Reduktion der radialen und axialen Spaltweiten zwischen Laufrad und Gehäuse verkleinert werden. Deshalb wurden drei Laufradmodelle mit zusätzlicher Ringscheibe an der Deckscheibe des Laufrades in FLUENT stationär und zweidimensional simuliert. Aufgrund der Simulationsergebnisse wurden für beide Laufräder Ringscheiben hergestellt und die Kennfeldmessungen wiederholt. Dabei konnte beim neuen Laufrad mit dieser Ringscheibe vor allem bei niedrigeren Drehzahlen ein Wirkungsgradgewinn von bis zu 6,5% erzielt werden. Dieser Wirkungsgradgewinn verschwindet allerdings im Bestpunkt bei der Drehzahl von 1450min-1 und dem Durchfluss von 5l/s. Aufgrund von Maßabweichungen bei der Herstellung des neuen Laufrades schwankt der Abstand des Laufradschaufelkanals zur Spiralgehäusewand um bis zu 1,48mm. Durch diese Geometrieabweichungen können möglicherweise im Spiralaustritt Druckschwankungen auftreten, die sich auf den Pumpenwirkungsgrad negativ auswirken. Bei der Messung des bestehenden Laufrades konnte durch die Ringscheibe hingegen kein nennenswerter Wirkungsgradzuwachs erreicht werden. Der Einfluss der Ringscheibe auf die Förderhöhe ist bei beiden Laufrädern sehr gering.

In der anschließenden CFD-Rechnung wurden die Modellmaße entsprechend der Kreiselpumpe im Prüfstand abgeändert und eine dreidimensionale, instationäre Berechnung durchgeführt. Dabei traten jedoch bei der Simulation mit FLUENT 6.2 am Laufradeintritt stochastische Druckschwankungen auf. Deshalb wurden im Preprocessor Gambit 2.13.0 mehrere Modelle mit unterschiedlicher Netzstruktur erstellt.

Dadurch konnte ein Großteil dieser zufälligen Druckschwankungen am Laufradeintritt eliminiert werden. Mögliche Ursachen für die trotzdem noch vorhandenen stochastischen Druckpulsationen könnten Fehler bei den Interfaces, zu grobe Netzstruktur oder Fehler beim Netzimport in FLUENT, aufgrund nicht vollkommen kompatibler Programmversionen sein.

Die Simulationsmodelle wurden deshalb zunächst im Bestpunkt bei Höchstdrehzahl untersucht. Der dabei erzielte Wirkungsgrad von 44% liegt 4,7% unter dem Labormesswert des neuen Laufrades mit Ringscheibe. Bei der CFD-Rechnung wäre der nächste Schritt die Ursache für die bei einigen Simulationsmodellen auftretenden stochastischen Druckschwankungen zu finden. Des Weiteren wäre durch die Anbringung von Druckaufnehmer im Radseitenraum eine Überprüfung der Druckverteilung möglich. Damit könnte man Rückschlüsse auf die Spaltströmung im Radseitenraum ziehen.

Zusammenfassung (Englisch)

The purpose of this diploma thesis was to find a comparison between the simulation data with CFD (computational fluid dynamics) and the measuring data of a radial centrifugal pump.

In a former diploma thesis a new impeller with higher efficiency was developed by numerical calculation with CFD for a pump test rig.

In this diploma thesis this impeller was adapted to fit in the old pump components and was manufactured.

The further measurements show, that the pump efficiency didn't reach the simulation efficiency by CFD. The reason for that is a high gap flow between the rotating impeller and the casing. Therefore the gap flow was calculated analytically and by CFD simulation.

A possibility to reduce this gap flow is an additional circle ring at the front of the impeller.

It was made an analytical calculation and CFD simulation of different ring models.

The ring with greatest gap flow reduction was built and assembled in the laboratory of the institute. Then the pump measurements with the new adapted impeller were repeated.

The measurement datas indicate increasing pump efficiency by gap flow reduction.

At last the simulation data and the measurement data were compared.