Mehrstufige Axialpumpen: Perspektiven des Einsatzes neuer Konstruktionen

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Abb. 1 Das neuartige Poly-Reihenlaufrad
Abb. 1 Das neuartige Poly-Reihenlaufrad

Mehrstufenpumpen, die in Serie gefertigt werden, werden heute vorwiegend auf der Grundlage von Einzelstufen projektiert. Zudem sind bekannte Laufrad-Ausführungen nicht ohne Nachteile: So entstehen bei Ausführungen mit spiralförmigen Zulauf- und Austrittslaufvorrichtungen bei ungeplanten Betriebszuständen zusätzliche alternierende Radialkraft, die bei geringem Zulauf größere Bedeutung gewinnen. Ferner gewährleisten in Hochleistungspumpen die ringartigen und halbspiraligen Zuführungen kein hinreichend gleichmäßiges Geschwindigkeits- und Druckprofil am Eingang zum Laufrad. Dies hat zwar eine Reduzierung des Vibrations-Geräuschverhaltens zur Folge, aber die axial-radiale Strömung im Eingangsbereich des Laufrades und die darin erhöhte Flügelausladung führt zu erhöhter Ungleichmäßigkeit der Strömung mit der Folge erhöhter Kavitationsneigung, Entstehung von Vibrationen und Materialabtrag.

Diese beschriebenen Faktoren fördern die Bildung zusätzlicher Kavitationsquellen, die bei einem hohen Zulaufstrom von Q > 0,6 m3/s besonders intensiv sind und von Erosionsabtragungen an den umströmten Bauteile begleitet werden. Dies verringert den Wirkungsgrad und das Neigungsverhältnis der Druck- und Durchflusskurve in der Pumpen-Kennlinie.

Neuartige Laufrad-Konstruktion

Mit unkonventionellen Konstruktionsansätzen – wie sie von Prof. Dr. Morgunov Gennady und Egor Ryabtsev am Lehrstuhl für Hydromechanik und hydraulische Maschinen an der Nationalforschungsuniversität MEI in Moskau entwickelt wurden und beispielhaft in Abbildung 1 gezeigt sind –  werden

  • eine Optimierung des Förderdrucks,
  • eine Optimierung des Kavitationsverhaltens,
  • eine Minimierung von instationären Strömungen,

neben der Optimierung der Ressourcen der Hydraulikmaschine durch die Aufteilung des Durchflusses in konzentrische Kreise erreicht. Durch die neuartige Struktur der Arbeitsorgane und die Strömungsführung werden zudem

  • die Energieeffizienz optimiert,
  • die Standzeit verlängert und
  • Vibrations- bzw. Geräuschemissionen minimiert.

Letzteres wird insbesondere für Pumpen gefordert, die in Kraftwerken, der Erdölgewinnung sowie in vielen anderen Produktionsprozessen eingesetzt werden.

Diese hier beschriebenen Untersuchungen dieser Basiskonstruktion mit unikalen Strömungsteilen werden vorwiegend mit Bezug auf Hochleistungspumpen für große Kraftwerksblöcke gemacht, also für z.B. Speise-, Kondensat- oder Booster-Pumpen. Diese Lösungen und Modifikationen der Strömungsteile haben aber sicher einen universellen Charakter und können – falls die Testergebnisse die theoretischen Grundlagen bestätigen – auch auf andere Hydrauliken in vielen verschiedenen Prozessen angewendet werden.

Die Entwicklung dieser neuartigen Konstruktion mit Strömungsteilen gehört zu axial durchströmten Laufrädern mit einer spezifischen Drehzahl von ns von 30 bis 200. Das Ziel des Projektes war die Entwicklung des Laufradschaufelsystems mit minimierten Kavitationseigenschaften und optimierter Druckerhöhung. Ausgangspunkt ist ein so genanntes multiplanares Gittersystem (Abb. 1), das bei Erhaltung geringer Außenabmessungen zu einem definierten Wirkungsgrad führen soll. Konkret umgesetzt werden soll dies in einer Speisepumpe für ein Kraftwerk der Gigawatt-Klasse, einer Kondensationspumpe sowie einer Booster-Pumpe mit diesen alternativen Laufradschaufeln.

Mehr dazu in einem Beitrag in der nächsten Ausgabe von Δ p
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oder unter

www.mpei.ru bzw. riabtsev1991@ya.ru

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