Untersuchung der Zweiphasenströmung in einer Axialpumpe mittels Gammatomographie

Förderpumpen sind üblicherweise für den einphasigen Betrieb ausgelegt. Besonders bei der Rohölförderung aber auch in anderen verfahrenstechnischen Fragestellungen spielt auch zweiphasige Förderung eine Rolle. Im Normalfall sinkt die Förderhöhe einer Pumpe schnell mit zunehmender Gasbeladung des Fluides ab. Ziel eines verbesserten Designs für universell einsetzbare Pumpen ist daher die Ausdehnung des Operationsgebietes hin zu möglichst hohen Gasbeladungen. Dafür sind Kenntnisse über die Zweiphasen-Strömungsdynamik innerhalb des Pumpenläufers erforderlich.

Die Messung der Gasgehaltsverteilung in einer laufenden Axialpumpe erfolgt mittels Gammatomographie. Die Pumpe besteht aus einem Bronzeläufer (Durchmesser 220 mm) mit drei Laufschaufeln, der auf eine Stahlwelle (Durchmesser 75 mm) montiert ist und in einem Rohrsegment aus Aluminium mit 10 mm Wandstärke rotiert. Der Gammatomograph durchstrahlt die Pumpe senkrecht in frei wählbaren Ebenen. Die Datenaufnahme des Gammastrahlendetektors ist in geeigneter Weise mit der Drehbewegung der Pumpe synchronisiert, so dass mit dem System winkelsynchron gemittelte radiographische Projektionen der Dichteverteilung über einen Messzeitraum von mehreren Minuten akquiriert werden können. Mit Hilfe der tomographischen Bildrekonstruktion und geeigneter Referenzmessung an leerer und gefüllter Pumpe konnte das Gasgehaltsfeld im Pumpenimpeller sichtbar gemacht werden. Die Kenntnis der Strömungsform innerhalb der Pumpe ermöglichte eine strömungsmechanische Erklärung des Pumpenverhaltens der gegebenen Pumpe (Anstieg der Pumpleistung) bei zunehmender Gasbeladung.

 

Publikationen

  • H.-M. Prasser, D. Baldauf, J. Fietz, U. Hampel, D. Hoppe, C. Zippe, J. Zschau, M. Christen, G. Will
    Time resolving gamma-tomography for periodically changing gas fraction fields and its application to an axial pump
    Flow Meas. Instrument. 14, 119-125, 2003.

Patente

  • H.-M. Prasser, J. Zschau
    Anordnung zur messtechnischen Erfassung einer Projektion des Strahlungsabsorptionsvermögens eines periodisch veränderlichen Messobjekts
    DE 10117569