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E-Book

Effizienzerhöhung von Fluidfördersystemen

AutorValérie Bischof
Verlagdisserta Verlag
Erscheinungsjahr2010
Seitenanzahl163 Seiten
ISBN9783942109291
FormatPDF
Kopierschutzkein Kopierschutz/DRM
GerätePC/MAC/eReader/Tablet
Preis33,00 EUR
Ein zentrales Anliegen von Pumpenforschern und -entwicklern ist die Bereitstellung energieeffizienter und zuverlässig funktionierender Pumpen - Pumpen also mit hoher wirtschaftlicher Effizienz. Neben der optimierten Auslegung von Pumpen bereits in der Produktentwicklung ist hierbei die Echtzeit-Überwachung der Pumpe im laufenden Betrieb eine entscheidende Voraussetzung für solch einen wirtschaftlich effizienten Betrieb. Die heute in der industriellen Praxis zum Einsatz kommenden Methoden geben jedoch häufig nur unzureichend Aufschluss über den Betriebs-, Belastungs- und Verschleißzustand der Pumpe. In dieser Arbeit werden deshalb drei neue Maßnahmen vorgestellt, die zur Erhöhung der Energieeffizienz und der Verfügbarkeit von Pumpen beitragen.
Eine wichtige Größe zur Detektion von Leckagen und zur energieoptimalen Anpassung der Pumpendrehzahl ist der aktuell durch die Pumpe fließende Volumenstrom. Aus Kostengründen wird dieser heute jedoch meist gar nicht erfasst. Deshalb wurde in dieser Arbeit die integrierte Volumenstromerfassung untersucht, welche die Messung desselben mit günstigen, innerhalb der Pumpe angebrachten Drucksensoren ermöglicht. Anhand experimenteller Untersuchungen wurde gezeigt, dass eine Volumenstrombestimmung mit einer Genauigkeit von ca. " 1 % Messabweichung vom wahren Volumenstromwert - auch für unterschiedliche Reynoldszahlen - möglich ist. Somit ist nun die wissenschaftliche Grundlage für eine kostengünstige, integrierte Volumenstrombestimmung geschaffen.
Eine wichtige Belastungsgröße für eine Pumpe ist Kavitation. Die Bestimmung der Kavitationsintensität ist in der industriellen Praxis bisher nicht möglich. In dieser Arbeit wurde deshalb auf die Kavitationsintensität in einer Pumpe über außen am Gehäuse vorliegende Messsignale geschlossen. Zwar ist eine experimentelle Kalibrierung hierbei nur unter realer Kavitationseinwirkung möglich, dennoch kann das am Gehäuse gemessene akustische Kavitationsintensitätskennfeld zur Überwachung des Kavitationsverhaltens einer drehzahlvariablen Pumpe genutzt werden. Abweichungen zu diesem Kennfeld weisen auf veränderte Kavitationsrandbedingungen im Betrieb gegenüber dem Referenzzustand hin.
Kenntnis über den Verschleißzustand einer Pumpe ist nötig, um zum einen ein Bauteil vor seinem Versagen austauschen und um zum anderen schleichende Wirkungsgradverluste identifizieren zu können. In dieser Arbeit wurde deshalb die Grundlage geschaffen, den Verschleißzustand des Dichtspalts in Pumpen nach Spiralgehäuseart modellbasiert zu bestimmen. Aus den drei im Betrieb gemessenen Größen Volumenstrom, Druckdifferenz über den Spalt und Drehzahl wird die erwartete Druckdifferenz im Radseitenraum berechnet und mit der tatsächlichen verglichen. Aus der Differenz kann auf die Größe der Spaltmaßänderung geschlossen werden. Mit diesem Verfahren wird eine Genauigkeit erreicht, mit der über den gesamten Betriebsbereich die tatsächliche Spaltmaßänderung um maximal 5 Prozentpunkte überschätzt wird. Das Verfahren kann auf Fälle, in denen keine Reynoldsgleichheit vorliegt (z. B. bei drehzahlgeregelten Pumpen) erweitert werden. Somit ist es möglich, durch eine einfache Messanordnung Rückschluss auf den Verschleißzustand der Pumpe zu ziehen. Wartungsintervalle können 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.

Nach dem Maschinenbaustudium bearbeitete Valérie Bischof als Wissenschaftliche Mitarbeiterin am Fachgebiet Fluidsystemtechnik der Technischen Universität Darmstadt (Leitung: Prof. Peter Pelz, vormals Fachgebiet Turbomaschinen und Fluidantriebstechnik unter Leitung von Prof. Bernd Stoffel) das von der DFG geförderte Forschungsprojekt 'Integrierte mechatronische Fluidfördersysteme'.
Im Rahmen dieses Forschungsprojektes entstand unter Anleitung von Prof. Stoffel die vorliegende Dissertation 'Effizienzerhöhung von Fluidfördersystemen'.
Neben den Forschungsarbeiten zur Dissertation unterstütze Frau Bischof eine Industriearbeitsgruppe europäischer Pumpenhersteller (Europump) bei der Erstellung eines Vorschlages für eine EU-Norm zur Energieeinsparung in Pumpensystemen.
Heute arbeitet Frau Bischof bei einem weltweit führenden Pumpenhersteller an der Erhöhung der Rentabilität von Pumpensystemen.

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Blick ins Buch
Inhaltsverzeichnis
Effizienzerhöhungvon Fluidfördersystemen1
Vorwort5
Inhaltsverzeichnis7
Formelzeichen und Abkürzungen9
Kurzzusammenfassung17
1. Einleitung19
1.1. Motivation der Arbeit19
1.2. Stand der Forschung zu Zustands- und Fehlererkennungssystemen22
1.3. Weiterer Forschungsbedarf und Zielsetzung dieser Arbeit27
2. Versuchs- und Messeinrichtungen32
2.1. Prüfstand „Radialpumpe“ bzw. „Pumpeneinheit“32
2.2. Prüfstand „axiale Strömungsmaschine“37
3. Integrierte Volumenstrombestimmung in Pumpen mit Spiralgehäuse41
3.1. Theoretische Betrachtung der Druckverhältnisse in Spiralgehäusepumpen41
3.2. Stand der Forschung der integrierten Volumenstrombestimmung47
3.3. Experimentelle Untersuchungen zur integrierten Volumenstrombestimmung50
3.4. Genauigkeitsbetrachtung59
4. Überwachung der Kavitationsintensität74
4.1. Theoretische Grundlagen zu kavitationsinduzierten Körperschallsignalen74
4.2. Stand der Kavitationsaggressivitätsmessung78
4.3. Messtechnischer Aufbau81
4.4. Experimentelle Ergebnisse86
5. Integrierte Spaltmaßüberwachung95
5.1. Aufgaben des Dichtspalts in Spiralgehäusepumpen95
5.2. Stand der Forschung zur Spaltmaßbestimmung101
5.3. Kennfelderstellung zur Spaltmaßbestimmung103
5.4. Modellbasierter Ansatz zur Spaltmaßbestimmung109
5.5. Numerische Untersuchungen zur Bestimmung der optimalenUmfangsmessposition122
6. Zusammenfassung und Ausblick133
6.1. Zusammenfassung133
6.2. Ausblick136
Anhang138
Literaturverzeichnis151

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