Numerische Strömungssimulation der Förderstromcharakteristik von Axialkolbenpumpen zur Steigerung der Grenzdrehzahl
Aufgabe / Zielsetzung
Grenzdrehzahl: Experiment und Simulation
Bei hohen Drehzahlen in Axialkolben-pumpen einsetzende Kavitationseffekte bewirken die teilweise Befüllung der Verdrängerräume mit Gasen. Dies hat einen Einbruch des Fördervolumen-stromes und damit eine Begrenzung der Leistungsdichte sowie der zulässigen Drehzahl der Maschinen zur Folge.
In vorangegangenen Projekten anhand von Teilmodellen abgeleitete Verbesserungsmaßnahmen werden in einem ganzheitlichen CFD-Pumpenmodell zusammengeführt. Darüber hinaus werden erst im Zusammenspiel der Teilmodelle sichtbare drehzahlbegrenzende Strömungs-effekte identifiziert und weitere Gegenmaßnahmen abgeleitet, um Grenzdrehzahl und Leistungsdichte der Pumpen zu steigern.
Lösungsweg
Minderung drehzahlbegrenzender Kavitationseffekte
Die mithilfe des entwickelten CFD-Modells simulierte Förderstromcharakteristik des Standarddesigns der Pumpe wird durch Prüfstandsmessungen validiert. Anschließend werden die drehzahl-begrenzenden Kavitationseffekte identifiziert und systematisiert. Darauf aufbauend werden konstruktive Gegen-maßnahmen abgeleitet. Im virtuellen Test ergibt sich zum derzeitigen Projektstand mit der Kombination verschiedener Maßnahmen eine Anhebung der Drehzahlgrenze um 8,6 %.
Die präsentierten Forschungsarbeiten erfolgten innerhalb des Projektes "Grenzdrehzahl von Kolbenpumpen" (Förderkennzeichen 703070). Die Autoren danken dem Forschungs-fonds Fluidtechnik im VDMA für die Förderung und freundliche Unterstützung.