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Entwicklung eines validierten und effizienten Rechenverfahrens zur Erweiterung des Betriebsbereiches von Kreiselpumpen für die Förderung von gasbeladenen Flüssigkeiten

Projektlaufzeit: 07/2019-12/2021
Fördergeber: AIF-IGF

Kreiselpumpen werden für die Förderung reiner Flüssigkeiten ausgelegt. Die Förderung bricht besonders bei Radialpumpen bereits bei sehr geringen Gasbeladungen der Flüssigkeit ein, was mit einer unnötig konservativen Anlagenauslegung und wirtschaftlichen und energetischen Nachteilen verbunden ist. Eine rechnerische Erfassung des Förderhöheneinbruchs ist bisher nicht möglich, und somit sind die Einsatzgrenzen der Kreiselpumpen bei der Förderung gasbeladener Flüssigkeiten nicht vorhersagbar. Das in dem vorgeschlagenen Vorhaben entwickelte und validierte 3D-Rechenverfahren soll die durch KMU geprägte Pumpenindustrie in die Lage versetzen, zunächst die Einsatzgrenzen ihrer bestehenden Pumpen besser einzuschätzen und in einem zweiten Schritt Pumpen auszulegen, die eine gewisse Gasbeladung tolerieren. Von besonderer Bedeutung ist dabei ein geringer Rechenaufwand durch die Entwicklung von recheneffizienten momentenbasierten Mehrphasenmodellen und die Verwendung von lizenzkostenfreier Open-Source-Software. Beides ist eine Voraussetzung für die Nutzung des Rechenverfahrens auch in KMU. Das Rechenverfahren soll nach Projektende in den F&E-Prozess der KMU implementiert werden. Der Transfer wird durch die Einbindung in eine durchgängige Toolkette und Schulungen unterstützt. Kreiselpumpen sind die am weitesten verbreitete Pumpenbauart. Die Entwicklung von Hocheffizienz-Kreiselpumpen leistet einen wichtigen Beitrag zur Einsparung von Antriebsenergie. Das Projekt schafft das notwendige Basiswissen, um Hocheffizienz- Kreiselpumpen für die Förderung von Flüssigkeiten mit moderater oder kurzzeitiger Gasbeladung auszulegen und wirtschaftlich sinnvoll zu betreiben. Ein Wettbewerbsvorteil entsteht, indem die Pumpenhersteller durch den Einsatz der Berechnungsmethode die Einsatzgrenzen ihrer Pumpen präziser als bisher bestimmen und ausweiten können. Dadurch kommt es zu einer Diversifizierung des Marktes für Kreiselpumpen und zu erheblichen Energieeinsparungen.

Ansprechpartner: Markus Hundshagen
 

<b>Abbildung 1: </b>Visualisierung der Luftgebiete: Zeitlich gemittelte Isovolumen für GVF > 0,5 der Simulationen mit hybriden Mehrphasenmodell und korrespondiere Ensemble-gemittelte Messergebnisse der Uni Magdeburg aus Mansour et al. (2020) für verschiedene Einlassgasvolumenfraktionen (IGVF). In der Messung werden die Luftgebiete mittels einer Grau-skalenanalyse bestimmt.
Lupe
Abbildung 1: Visualisierung der Luftgebiete: Zeitlich gemittelte Isovolumen für GVF > 0,5 der Simulationen mit hybriden Mehrphasenmodell und korrespondiere Ensemble-gemittelte Messergebnisse der Uni Magdeburg aus Mansour et al. (2020) für verschiedene Einlassgasvolumenfraktionen (IGVF). In der Messung werden die Luftgebiete mittels einer Grau-skalenanalyse bestimmt.