"10 Schwingungen und Geräusche (p. 562-564)

Wechselwirkungen zwischen Rotor und Stator machen die Strömung in Kreiselpumpen instationär. Als Folge davon treten hydraulische Erregerkräfte auf, die Wellenschwingungen und Wechselbeanspruchungen an Bauteilen erzeugen; es werden Schwingungen auf das Fundament übertragen, die sich als Körperschall im Gebäude ausbreiten; es entstehen Druckpulsationen, die als Flüssigkeitsschall in Rohrleitungen abgestrahlt werden und über die Erregung des Pumpengehäuses Luftschall erzeugen. Grundsätzlich steigt die Bedeutung all dieser Effekte mit der Umfangsgeschwindigkeit des Laufrades, so daß Schwingungsprobleme vor allem bei Hochdruckpumpen zu beachten sind.

Ob sich Schwingungen und Geräusche störend bemerkbar machen, hängt stark von der Konstruktion der Pumpe und dem Anwendungsgebiet ab. So können z.B. bei Kleinstpumpen, wie Heizungsumwälzpumpen, strenge Anforderungen hinsichtlich Geräuschbegrenzung bestehen; auch für Prozeßpumpen sind oft Normen einzuhalten, die maximal zulässige Schwingungsamplituden definieren.

Die folgenden Ausführungen beleuchten vorwiegend die strömungstechnischen Aspekte der Schwingungserregung; sie stellen die grundlegenden physikalischen Zusammenhänge dar, um Hilfe zu bieten für die Diagnose von Schwingungsproblemen und für die Berücksichtigung schwingungstechnischer Fragen bei der hydraulischen Auslegung von Pumpen. Für die eigentliche Schwingungsberechnung und bezüglich mechanischer Schwingungen sei auf Anhang A7 und die Literatur verwiesen, z.B. [10.16, 10.23, 10.28].

10.1 Instationäre Strömungsvorgänge am Laufradaustritt

Bedingt durch die Arbeitsübertragung sowie durch Sekundärströmungen ist die Geschwindigkeitsverteilung am Laufradaustritt über die Schaufelteilung ungleichförmig: nach Kapitel 5.2 ergibt sich qualitativ eine Verteilung der Relativgeschwindigkeit, die ein Maximum auf der Saugfläche der Schaufeln aufweist.

Die endliche Schaufeldicke – verstärkt durch Grenzschichtversperrung und ggf. lokale Ablösung – verzerrt dieses Profil unmittelbar hinter dem Laufradaustritt zusätzlich: der Ungleichförmigkeit der Relativgeschwindigkeit überlagert sich die Nachlaufströmung hinter den Schaufeln. Betrachtet man die Strömung im stationären System, so entspricht ein Geschwindigkeitsminimum im Relativsystem einem Maximum im Absolutsystem; ein Fluidteilchen, das aus der Grenzschicht abgeschleudert wird, hat im Absolutsystem eine Geschwindigkeit von nahezu u2."