Andreas Baum

• Ein sich ändernder Energiesektor erfordert Anpassungen der Betriebsweise von in Kraftwerken eingesetzten Pumpen. Insbesondere im Falle mehrstufiger Kesselspeisepumpen restringieren auftretende Kennlinieninstabilitäten die Betriebsgrenzen der Maschinen. Um einen sicheren teillastigen Betrieb solcher Pumpen sicherzustellen, besteht die Herausforderung allgemein gültige Methoden zur Beseitigung auftretender Kennlinieninstabilität herauszuarbeiten. Als Ursache von Kennlinieninstabilitäten mehrstufiger Kesselspeisepumpen konnte in einer Vielzahl vorangegangener Untersuchungen die auftretende Rotor-Stator Interaktion zwischen Laufrad und nachgeschaltetem Leitrad ausgemacht werden. Aufgrund der Komplexität der durch die Rotor-Stator Interaktion induzierten, hochgradig instationären Strömung, sind die der Kennlinieninstabilität zugrundeliegenden Strömungsphänomene bis heute noch nicht vollständig verstanden. Einigkeit herrscht darüber, dass der Schrägabschnitt des Leitrades bei Einsetzen einer Kennlinieninstabilität einen Einbruch im Druckaufbau erfährt, was die Stabilität der gesamten Kennlinie signifikant beeinflusst. Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der Untersuchung der Schrägabschnittsgestaltung von Leiträdern und deren Einfluss auf die Kennlinieninstabilität einer radialen Kreiselpumpe. Hierzu wurde ein modularer Pumpenprüfstand entwickelt. Dieser umfasst als Hydraulik eine Repetierstufe mit einer im Auslegungspunkt vorherrschenden, spezifischen Drehzahl von nq = 35 (min,m3/s, m). Bei der Leitradauslegung wurde darauf geachtet, dass sich lediglich der Querschnittsflächenverlauf im Schrägabschnitt ändert. Der Leitradeintrittswinkel, engste Querschnitt und Diffusorverlauf blieben unverändert. Als Referenz zum allgemeinen Einfluss des Leitrades auf die Kennlinie wurde zusätzlich eine Variante mit glattem Leitring untersucht. Neben den klassischen Performance-Kennwerten erfolgte zur Bestimmung des sich ändernden Strömungsverhaltens eine Auswertung der Komponentenkennlinien, der auftretenden Druckpulsationen an verschiedenen radialen Positionen im Leitrad sowie die Messung der auftretenden Axialkraft.
• Changing demands during the energy transmission require the operating mode of pumps used in power plants to be adapted. Particularly in the case of multi-stage boiler feed pumps, head-curve instability restricts the operating flow range. In order to ensure safe off-design operation, the challenge is to find out generally valid ways to eliminate the head-curve instability of those pumps. A large number of previous studies have identified the rotor-stator interaction between the impeller and the vaned diffuser as the cause of the head-curve instability for this specific type of pumps. Due to the complexity of the highly unsteady flow induced by rotor-stator interaction, the flow phenomena underlying the performance curve instability are not fully understood yet. It is commonly believed, that the inlet triangle section of the vaned diffuser has an important role in the shape of the head-curve and instability. The present work investigates the inlet triangle section design of the vaned diffuser and its influence on the head-curve instability of a centrifugal pump. For this purpose a model pump with a modular design has been developed. The pump represents a middle stage of a multistage pumpe with a specific speed of nq = 35 (min,m3/s, m) at design conditions. When designing the vaned diffuser, care was taken to ensure that only the area distribution in the inlet triangle section is changed, while the inlet angle, throat area and the guide-vane channel shape are kept unaffected. As a reference, a model variation with a vaneless diffuser has additionally been investigated. Besides classic performance characteristics the changing flow behavior was determined by evaluating the internal head curves. Furthermore, pressure pulsations occurring at various radial positions in the vaned diffuser and axial forces are evaluated.