Innovativer und benutzerfreundlicher Ansatz zur Auslegung von effizienten Pumpenlaufrädern

Technologietag „Pumpen & Simulation“ am 28. Juni 2018 in Dortmund

Der systematische Einsatz von numerischer Simulation kann entscheidend zur Entwicklung von effizienteren Pumpen beitragen. Die etablierten Methoden der CFD (Computational Fluid Dynamics) erlauben es, schnell und zuverlässig Designs zu bewerten und z.B. Wirkungsgrade zu ermitteln, ohne dass physikalische Prototypen erforderlich sind. Dabei werden die Pumpen nicht nur in einem bestimmten Arbeitspunkt analysiert. Vielmehr können typischerweise bereits Kennlinien oder Kennfelder virtuell bereits in der Entwicklungsphase ermittelt werden.

Eine derartige, durch 3D CFD unterstützte ganzheitliche Produktsimulation hat immense Vorteile gegenüber traditioneller Auslegung: Dort müssen viele Vereinfachungen getroffen werden. So wird die Strömung durch ein Laufrad typischerweise als Sequenz von eindimensionalen Strömungen bei unterschiedlichen Radien approximiert. Sekundärströmungen und Verluste können bei der traditionellen, rein analytischen Auslegung lediglich  empirisch bzw. abgeleitet aus Versuchen an ähnlichen Bauteilen berücksichtigt werden.

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28. Juni 2018 in Dortmund

Die Firma CADFEM präsentiert in einem Workshop – speziell für kleine und mittelständische Unternehmen – neueste Instrumente zur Auslegung von Kreiselpumpen. Mit nur wenigen Auslegungs-Eckdaten wie Drehzahl, Nabendurchmesser, Volumenstrom, Förderhöhe werden bereits Laufräder mit hohem Wirkungsgrad entworfen. Diese völlig neuartige Benutzerführung erlaubt es, Simulationen auch in kleinen und mittelständischen Unternehmen wirtschaftlich zur Pumpenoptimierung einzusetzen. Die Teilnahme ist kostenlos.

www.cadfem.de/technologietag-pumpen

Der keramische Präzisionsguss Exacast ist eine attraktive Alternative zu herkömmlichen Verfahren wie beispielsweise Feinguss. Von Wolfensberger weiterentwickelt und unter dem eigenen Markennamen Exacast registriert, ermöglicht unser Präzisionsgussverfahren die konturengenaue Herstellung von anspruchsvollen Teilen.

Dauermodelle aus Kunststoff, Metall, Holz oder Silikonkautschuk werden mit einem schnell härtenden Keramikstoff überzogen und vor dem Abgiessen gebrannt. Bei der Wahl des Werkstoffes sind im Stahl- und Eisenbereich praktisch keine Grenzen gesetzt.

www.wolfensberger.ch

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 (mehr …)