Experimentelle Untersuchung der Auswirkungen instationärer Rotor-Stator-Wechselwirkungen auf das Betriebsverhalten einer Spiralgehäusepumpe

Die vorliegende Arbeit beschreibt die Durchführung und die Ergebnisse experimenteller Untersuchungen der inneren Strömungsverhältnisse einer Spiralgehäusepumpe in Luft. Ein besonderes Augenmerk liegt dabei auf Effekten instationärer Rotor-Stator-Wechselwirkungen, deren Auswirkungen auf das Betriebsverhalten durch Vergleiche mit experimentellen Untersuchungen am frei ausblasenden Laufrad (durch Entfernung des Spiralgehäuses) abgeschätzt werden. Kernpunkt ist dabei die Betrachtung einer umlaufenden Laufradteilung und die Untersuchung ihres instationären Förderverhaltens anhand von Bilanzen des transienten Volumenstroms und des zugeordneten transienten Fördergrades. Die Messungen an der Radialpumpe wurden mit Zylindersonde, Einfach-Hitzdrahtsonde und Kreuzdraht-Hitzdrahtsonde durchgeführt. Je eine Messebene befindet sich am Laufradein- und -austritt, wobei ein verstellbares Spiralgehäuse die Messung an frei wählbaren Umfangspositionen beider Messebenen ermöglicht. An entsprechender Stelle wird auf den möglichen Einfluss von Messfehlern durch Sonden-Strömungswechselwirkungen und mögliche Beeinflussungen der Strömung durch die Sonden selbst hingewiesen, womit ein weiterer wichtiger Bestandteil der Arbeit die Betrachtung der Einflüsse transienter Strömungserscheinungen auf Sondenmessergebnisse ist. Beschreibung instationärer Geschwindigkeits- und Strömungsrichtungsverteilungen werden durch Beschreibungen instationärer Druck und- Turbulenzintensitätsverteilungen ergänzt.

This thesis describes the process and the results of experimental investigations on the inner flow of a spiral casing pump operating in air. The focus lies on the effects of dynamic rotor-stator interactions and their influence on the operating behaviour. They are compared with the results of experimental investigations on the flow of the free impeller (spiral casing removed). The main aspect herein is the monitoring of one circulating impeller section and the analysis of its dynamic operating behaviour by evaluations of the transient flow and the associated transient head. The measurements at the radial pump were carried out with a cylindrical probe, a single hotwire probe and a crosswired hotwire probe. A separate measurement plane exists at impeller inlet as well as at impeller outlet, while a circumferential movable spiral casing allows measurements at random circumferential positions on both measurement planes. The possible influence of measurement errors as a consequence of flow-to-probe interactions and the possible influence on the flow by the probes themselves are considered as well. This leads to another important focus of the thesis: The influence of the transient flow on the results of measurements with probes. The description of the distribution of dynamic velocity and angular flow direction are accompanied by descriptions of the dynamic pressure and turbulence distributions.