Untersuchung von Zweiphasenströmungen in einer Kreiselpumpe mittels tomographischer Bildgebungsverfahren

Zentrifugalpumpen sind sehr weitverbreitet und werden in vielfältiger Weise unter anderem in der Prozessindustrie oder im Kraftwerksbereich eingesetzt. Beispielweise nutzt man Kreiselpumpen in Raffinerien als Speisepumpen oder in Kraftwerken als Umwälzpumpen in Kühlkreisläufen. Erfolgt der Einsatz auch in sicherheitsrelevanten Bereichen, wie z. B. in der Reaktornotkühlung von Kernkraftwerken, muss unbedingt ein störungsfreier und zuverlässiger Betrieb gewährleistet werden. Obwohl diese Pumpen einfach aufgebaut sind, bieten sie eine Reihe von Vorteilen, wie zum Beispiel hohe Effizienz bei geringem Energieverbrauch, ruhiger und kontinuierlicher Förderstrom und hohe Haltbarkeit und Beständigkeit. Es ist bekannt, dass sowohl Gaseintrag als auch Dampfbildung durch Kavitation schädlich und kritisch für den Betrieb von Kreiselpumpen sind, welche eigentlich für den einphasigen Betrieb ausgelegt sind. Gaseintrag kann beispielsweise in Situationen entstehen, wo Flüssigkeiten aus Reservoirs mit einem zu niedrigen Füllstand gefördert werden. Hier können sich als Konsequenz aus der unzureichenden Überdeckung des Pumpenansaugstutzens und der Anwesenheit von Initialwirbeln an der Flüssigkeitsoberfläche Hohlwirbel ausprägen. Derartige Situationen sind insbesondere in Kernkraftwerken, wo beispielsweise Notkühlmittel aus einem Reservoir wie der Kondensationskammer gefördert wird, unbedingt zu vermeiden. Der Gaseintrag führt zu einer verminderten Förderleistung der Pumpe, bis hin zum vollständigen Zusammenbruch der Förderrate. Außerdem kann vorhandenes Gas in Pumpen unter anderem zum Verlust der Kühlung der Lager und der Gleitringdichtung führen, was zu einer früheren Abnutzung bis hin zum Versagen der Pumpe führt. Auch starke Vibrationen welche ebenfalls zur Schädigung der Lager beitragen, sowie Abnutzungserscheinungen an den Laufradschaufeln können eintreten. Die vorgestellte Arbeit leistet mit quantitativen Messungen, Visualisierungen und Analysen der Gas-Flüssigkeits-Phasenverteilungen innerhalb des Laufrades und des umgebenden Pumpengehäuses einer fördernden Kreiselpumpe einen Beitrag zum fundamentalen Verständnis der Auswirkungen von Gaseintrag in Zentrifugalpumpen.