Experimentelle Untersuchungen zur Wechselwirkung zwischen Baugröße, Kennliniensteigung und Wirkungsgrad von Gliederpumpenstufen

In thermischen Kraftwerken versorgen Kesselspeisepumpen die Dampferzeuger mit der benötigten Menge an Speisewasser mit den hierfür erforderlichen hohen Drücken. Aufgrund ihrer Funktion und Leistungsdichte unterliegen sie dabei der Forderung nach höchstmöglichem Wirkungsgrad und Verfügbarkeit.

Der Arbeitsumsatz solcher mehrstufiger Gliederpumpen wird in der hydraulischen Stufe maßgeblich durch den dem Laufrad nachgeschalteten Leitapparat bestimmt.

Ziel der Arbeit war es, den Einfluss verschiedener Leitapparate auf die Steigung und Stabilität der Kennlinien, den jeweils erreichbaren Wirkungsgrad sowie die erforderliche Baugröße von Gliederpumpenstufen zu beurteilen. Weiterhin sollten die gewonnenen Ergebnisse dazu beitragen, die Leistungsdichte der hydraulischen Stufe durch Optimierung des Leitapparates zu erhöhen, indem unter Beibehaltung eines möglichst hohen Wirkungsgrades die Baugröße der Stufe minimiert wird.

Zu diesem Zweck wurde an einer maßstäblich nachgebildeten Stufe einer Hochdruckgliederpumpe im Modellversuch mit dem Strömungsfluid Luft das Förderverhalten der folgenden systematisch aufeinander aufbauenden Laufrad - Leitapparat - Kombinationen mit jeweils gleichem Laufrad miteinander verglichen:

- Leitringstufe,
- Radiale Leitradstufe,
- Leitradstufe mit seitlicher Umführung und
- Zwitterradstufe.

Die erzielten Resultate der einzelnen Kombinationen mit der klassischen radialen Leitradstufe zeigen, dass auch bei merklicher Reduzierung der Stufenbaugröße vergleichbare Leistungsdichten und Wirkungsgrade erzielt werden können. In der Gesamtheit betrachtet, liegt in der Zwitterradstufe mit kleinstmöglicher Stufenbaugröße das größte Potenzial zur deutlichen Erhöhung der Leistungsdichte einer Gliederpumpenstufe.

Die Erfassung der Strömungsverhältnisse in der Zwitterradstufe mit Hilfe der Hitzdrahtmesstechnik trug weitere Erkenntnisse zur Verbesserung des Auslegungsverfahrens bei.