Gülich J.F. Kreiselpumpen: Handbuch für Entwicklung, Anlagenplanung und Betrieb

3 Auflage. — Springer-Verlag Berlin Heidelberg, 2010. — 981 S.Vorwort zur dritten Auflage
Aus dem Vorwort zur ersten Auflage
Zum Gebrauch des BuchesAllgemeine strömungstechnische GrundlagenAbsolute und relative Strömung
Erhaltungssätze
Erhaltung der Masse
Erhaltung der Energie
Erhaltung der Bewegungsgröße
Grenzschichten, Grenzschichtbeeinflussung
Strömung auf gekrümmten Bahnen
Kräftegleichgewicht
Erzwungene und freie Wirbel
Strömung in gekrümmten Kanälen
Strömungsverluste
Berechnung von Reibungsverlusten
Rauheitseinfluß auf die Reibungsverluste
Verwirbelungsverluste
Diffusoren
Fluidstrahlen
Ausgleich ungleichförmiger Geschwindigkeitsprofile
Strömungsverteilung in Parallelsträngen. RohrleitungsnetzeBauarten und LeistungsdatenWirkungsweise und Aufbau
Leistungsdaten
Spezifische Förderarbeit, Förderhöhe
Netto-Energiehöhe im Saugstutzen, NPSH
Leistung und Wirkungsgrad
Kennlinien
Pumpentypen und ihre Anwendung
Übersicht
Klassifizierungsmöglichkeiten und Einsatzgebiete
Bauarten
SonderbauartenGrundlagen der hydraulischen BerechnungBerechnung nach Stromfadentheorie
Energieübertragung im Laufrad: Spezifische Förderarbeit. Förderhöhe
Die Strömungsumlenkung durch die Schaufeln. Abströmbeiwert und
Minderumlenkung
Dimensionslose Kennzahlen. Ähnlichkeitsgesetze. Spezifische Drehzahl
Leistungsbilanz und Wirkungsgrade
Berechnung der Nebenverluste
Radreibungsverluste
Leckverluste axial durchströmter Dichtspalte
Leistungsverlust der Zwischenstufendichtung
Leckverluste radial oder diagonal durchströmter Dichtspalte
Spaltverluste an offenen Laufrädern
Mechanische Verlustleistung
Grundsätzliches zur Berechnung der Leitvorrichtung
Hydraulische Verluste
Statistische Angaben über Druckzahlen, Wirkungsgrade und Verluste
Einfluß der Rauheit und der Reynolds-Zahl
Übersicht
Wirkungsgradaufwertung
Wirkungsgradberechnung aus Verlustanalysen
Hinweise zur Verlustminimierung
BerechnungstafelnKennlinienDrosselkurve und Leistungsaufnahme
Die theoretische Kennlinie (ohne Strömungsverluste)
Die reale Kennlinie mit Strömungsverlusten
Komponentenkennlinien
Förderhöhe und Leistungsaufnahme beim Betrieb gegen
geschlossenen Schieber
Einfluß der Pumpengröße und der Drehzahl
Einfluß der spezifischen Drehzahl auf die Kennlinienform
Bestpunktlage
orausbestimmung der Kennlinie
Kennfelder
Anpassen der Kennlinie
Abdrehen des Laufrades
Zuschärfung der Schaufeln am Laufradaustritt
Änderungen am Leitapparat
Analyse von Kennlinienabweichungen und Leistungsdefiziten
Berechnung von KennlinienänderungenTeillastverhalten. 3-dimensionale Strömungsvorgänge und ihre Wirkung auf die KennlinienGrundsätzliche Überlegungen
Die Strömung im Laufrad
Übersicht
Physikalische Mechanismen
Zusammenwirken der verschiedenen Mechanismen
Rückströmung am Laufradeintritt
Die Strömung am Laufradaustritt
Meßtechnische Erkennung des Rückströmbeginns
Die Strömung in der Leitvorrichtung
Strömungsablösung im Leitrad
Der Druckrückgewinn im Leitrad
Einfluß der Anströmung auf Druckrückgewinn und Ablösung
Die Strömung in Spiralgehäusen
Die Strömung in Ringgehäusen und Leitringen
Auswirkungen der Rückströmung
Auswirkung der Rückströmung am Laufradeintritt
Auswirkung der Rückströmung am Laufradaustritt
Auswirkung auf Radseitenraumströmung und Axialschub
Schädliche Auswirkungen der Teillastrezirkulation
Einfluß von Ablösung und Rezirkulation auf die Kennlinie
Arten von Kennlinieninstabilität
Kennlinien mit Sattel (Instabilitäten vom Typ S)
Instabilitäten vom Typ F
Maßnahmen zur Beeinflussung der Kennlinienform
Einführung
Beeinflussung des Rezirkulationsbeginns am Laufradeintritt
Beeinflussung des Rezirkulationsbeginns am Laufradaustritt
Beseitigung einer Instabilität vom Typ F
Beeinflussung der Sattel-Instabilität der Radialräder mit nq
Beeinflussung der Sattel-Instabilität der Radialräder mit nq
Beeinflussung der Instabilität der Halbaxial- und Axialräder
Reduktion von Förderhöhe und Leistung bei Nullförderung
Zur Strömung in offenen AxialrädernSaugverhalten und KavitationPhysikalische Grundlagen
Entstehung und Implosion von Dampfblasen in einer Strömung
Blasendynamik
Kavitation in Laufrad und Leitrad
Druckverteilung und Blasenfeld
Erforderlicher NPSH-Wert. Ausmaß der Kavitation
Kavitationskriterien
Modellgesetze für Kavitationsströmungen
Die Saugzahl
Experimentelle Bestimmung des erforderlichen NPSHR-Wertes
Spaltkavitation
Bestimmung des NPSHR-Wertes
Einflußparameter auf den NPSHR-Wert
Berechnung des NPSHR-Wertes
Abschätzung des NPSH3-Wertes als Funktion des Förderstromes
Einfluß der Fluideigenschaften
Thermodynamische Einflüsse
Nichtkondensierbare Gase
Keimgehalt und Zugspannungen in der Flüssigkeit
Kavitationsbedingte Schwingungen und Geräusche
Erregermechanismen
Kavitationsschallmessungen zur Quantifizierung der hydrodynamischen
Kavitationsintensität
Frequenzverhalten des Kavitationsschalls
Kavitationserosion
Untersuchungsmethoden
Kavitationswiderstand orausberechnung von Kavitationsschäden aufgrund der Blasenfeldlänge
Abschätzung der Erosion aufgrund des Flüssigkeitsschalles
Körperschallmessungen zur Kavitationsdiagnose
Farberosionsversuche zur Bestimmung des Implosionsortes
Erosionsschwellwert und Materialverhalten bei verschiedenen hydrodynamischen Kavitationsintensitäten
Zusammenfassende Beurteilung
Die Wahl des Zulaufdruckes in der Anlage (NPSHA)
Kavitationsschäden: Analyse und Abhilfe
Aufnahme des Schadens und der Betriebsparameter
Kavitationsformen und typische Arten von Kavitationsschäden
Behebung von Kavitationsschäden
Ungenügende Saugfähigkeit: Analyse und AbhilfeBerechnung und Entwurf der hydraulischen KomponentenMethoden und Randbedingungen
Methoden zur Entwicklung hydraulischer Komponenten
Hydraulische Anforderungen
Rechenmodelle
Radiale Laufräder
Bestimmung der Hauptabmessungen
Der Laufradentwurf
Kriterien für die Schaufelgestaltung
Gestaltungskriterien für Sauglaufräder
Ausnützung dreidimensionaler Effekte
Radiale Laufräder für kleine spezifische Drehzahlen
Einfach gekrümmte Schaufeln (Zylinderschaufeln)
Lochscheiben
Radialer Schaufelstern
Doppeltwirkende Laufräder mit radialen Schaufeln
Radiale Laufräder für Pumpen mit Verstopfungsgefahr
Halbaxiale Laufräder
Axiale Laufräder und Leitapparate
Eigenschaften
Berechnung und Wahl der Hauptabmessungen
Einige Eigenschaften von Tragflügeln
Schaufelauslegung
Profilauswahl
Leitradauslegung
Vorsatzläufer
Berechnung der Vorsatzläufer
Entwurf und Gestaltung der Vorsatzläufer
Abstimmung von Vorsatzläufer und Laufrad
Hinweise für die Anwendung der Vorsatzläufer
Spiralgehäuse
Berechnung und Wahl der Hauptabmessungen
Entwurf und Gestaltung der Spiralgehäuse
Einfluß der Gestaltung auf das hydraulische Verhalten
Radiale Leiträder mit und ohne Rückführung
Berechnung und Wahl der Hauptabmessungen
Entwurf und Gestaltung radialer Leiträder
Halbaxiale Leiträder
Spirale mit Leitrad oder Stützschaufelring
Ringräume und Leitringe
Einlaufgehäuse für Pumpen mit durchgehender WelleNumerische StrömungsberechnungenÜbersicht
Quasi-3D-Verfahren und 3D-Euler-Rechnungen
Quasi-3D-Verfahren
Dreidimensionale Euler-Verfahren
Grundlagen für Navier-Stokes-Berechnungen
Navier-Stokes-Gleichungen
Turbulenzmodellierung
Behandlung der Strömung in Wandnähe
Netzerzeugung
Numerische Verfahren und Steuerparameter
Randbedingungen
Anfangswerte
Möglichkeiten von 3D-Navier-Stokes-Berechnungen
Mittelwertbildung und Datenaufbereitung
Laufradberechnung
Globalwerte im Bestpunkt
Geschwindigkeitsprofile
Einflußparameter
Berechnungsbeispiel
Berechnung von Leitvorrichtungen und Stufen
Getrennte Berechnung der Leitvorrichtung
Stationäre Berechnung von Stufen oder kompletten Maschinen
Instationäre Berechnungen
Zwei-Phasen- und Kavitationsströmungen
Berechnungsstrategien, Unsicherheiten, Qualität
Unsicherheiten, Fehlerquellen, Fehlerreduktion
Qualitätssicherung bei CFD-Rechnungen
Vergleich zwischen Rechnung und Messung
Kriterien für die Beurteilung numerischer Berechnungen
Allgemeine Hinweise
Konsistenz und Plausibilität der Rechnung
Werden die verlangten Leistungsdaten erreicht?
Maximierung des hydraulischen Wirkungsgrades
Kennlinienstabilität
Grundsätzliches zu CFD-RechnungenHydraulische KräfteDie Strömung im Radseitenraum
Axialkräfte
Axialkraftberechnung allgemein
Einstufige Pumpen mit einflutigem, überhängendem Laufrad
Mehrstufige Pumpen
Doppelflutige Laufräder
Halbaxiale Laufräder
Axialpumpen
Rückenschaufeln
Halboffene Laufräder
Instationäre Axialkräfte
Radialkräfte
Definition und Abgrenzung
Messung von Radialkräften
Pumpen mit Einfachspirale
Pumpen mit Doppelspirale
Pumpen mit Ringraum
Leitradpumpen
Radialkraft infolge ungleichförmiger Zuströmung
Axialpumpen
Radialkräfte in Pumpen mit Einkanallaufrad
Radialkraftausgleich
RadialkraftberechnungSchwingungen und GeräuscheInstationäre Strömungsvorgänge am Laufradaustritt
Druckpulsationen
Entstehung von Druckpulsationen
Strömung und Schallerzeugung
Einflußparameter der Pumpe
Einfluß des Systems
Modellgesetze
Messung und Auswertung
Druckpulsationen ausgeführter Pumpen
Auswirkungen von Druckpulsationen
Auslegungsrichtlinien
Bauteilbeanspruchung durch instationäre Strömungsvorgänge
Schallabstrahlung
Körperschall
Luftschall
Übersicht über mechanische Schwingungen bei Kreiselpumpen
Rotordynamik
Übersicht
Kräfte in Spaltdichtungen
Hydraulische Laufradwechselwirkung
Lagerreaktionen
Eigenwerte und kritische Drehzahlen
Rotor-Instabilitäten
Hydraulische Schwingungsanregung
Interferenzen zwischen Lauf- und Leitschaufeln
Umlaufende Ablösungen
Übrige Erregermechanismen
Richtlinien für die Konstruktion schwingungsarmer Pumpen
Zulässige Schwingungen
Allgemeine Schwingungsdiagnose
Überblick
Schwingungsmessungen
Schwingungsdiagnose
Lagergehäuseschwingungen: Mechanismus, Diagnose, Abhilfe
Hydraulische Erregermechanismen
Mechanische Auswirkungen hydraulischer Anregung
Hydraulische und mechanische Abhilfe
Diagnose von Lagergehäuseschwingungen
Hydraulische u. akustische Anregung v. Rohrleitungsschwingungen
Anregung von Rohrleitungsschwingungen durch Pumpen
Anregung von Rohrschwingungen durch Komponenten
Akustische Resonanzen in Rohrleitungen
Hydraulische Anregung durch Wirbelstraßen
Kopplung zwischen Strömung und Schallwellen
Zum Mechanismus von Rohrleitungsschwingungen
TorsionsschwingungenVerhalten der Kreiselpumpen in AnlagenAnlagenkennlinien und Arbeitspunkt. Einzelbetrieb, Parallel- und Reihenschaltung
Regelung
Statische und dynamische Stabilität
Anfahren, Abschalten
Ausfall des Antriebes, Druckstoß
Zulässiger Betriebsbereich
Der Pumpenzulauf
Zulaufleitungen
Transientes Absinken des Zulaufdruckes
Einlaufbauwerke. Zulauf aus Behältern mit freiem Fluidspiegel
Topfpumpen
DruckleitungenTurbinenbetrieb. Allgemeines KennfeldRückwärtslaufende Kreiselpumpen als Turbinen
Theoretische und reale Kennlinien
Leerlauf- und Widerstandskennlinien
Berechnung der Kennlinien aufgrund empirischer Korrelationen
Berechnung der Turbinenkennlinien aufgrund Verlustanalysen
Verhalten der Turbinen in Anlagen
Allgemeines KennfeldEinfluß des FördermediumsFörderung von Flüssigkeiten mit hoher Viskosität
Wirkung der Viskosität auf Einzelverluste und Kennlinie
Umrechnung der Kennlinie von Wasser auf viskose Medien
Einfluß der Zähigkeit auf das Saugverhalten
Anfahren der Pumpe mit einem viskosen Medium
Hinweise für die Anwendung
Förderung von Gas-Flüssigkeits-Gemischen
Phasenverteilung in der Rohrströmung
Phasenverteilung in der Pumpenströmung, Einflußparameter
Empirische Behandlung von Zweiphasenströmungen
Verhalten von Kreiselpumpen bei Gas-Flüssigkeits-Förderung
Helico-axiale Mehrphasenpumpen
Systemkennlinien
Flüssigkeits- und Gasansammlungen
Ungelöste und gelöste Gase und NPSH
Entspannung von Zweiphasengemischen in Turbinen
Berechnung des Arbeitsumsatzes
Berechnung der Turbinenkennlinien bei Zweiphasenströmung
Hydraulischer Feststofftransport
Nicht-Newton‘sche FlüssigkeitenWerkstoffwahl für hohe GeschwindigkeitenErmüdungsbrüche an Laufrädern oder Leiträdern
Korrosion
Grundsätzliches
Korrosionsmechanismen
Korrosion in Trinkwasser, Kühlwasser, Abwasser
Korrosion in Meerwasser und Lagerstättenwasser
Erosionskorrosion in vollentsalztem Wasser
Materialwahl und zulässige Geschwindigkeiten
Definition häufig vorkommender Fördermedien
Metallische Pumpenwerkstoffe
Laufräder, Leiträder und Gehäuse
Spaltringwerkstoffe
Werkstoffe für mediumsberührte Wellen
Werkstoffe für Speisewasser- und Kondensatpumpen
Werkstoffe für REA-Pumpen
Hydroabrasiver Verschleiß
Einflußparameter
Quantitative Verschleißabschätzung
Materialverhalten und Feststoffeinfluß
Materialwahl
Abrasionsverschleiß in FeststoffpumpenZur Auswahl und Qualität von KreiselpumpenDie Pumpenspezifikation
Bestimmung von Pumpentyp und Baugröße
Technische Qualitätskriterien
Strömungstechnische Kriterien
Herstellungsqualität
HochleistungspumpenAnhangUmrechnung von Maßeinheiten
Eigenschaften von Wasser im Sättigungszustand
Lösung von Gasen in Wasser
Qualitätsanforderungen an Gußstücke
Physikalische Größen
Atmosphärischer Luftdruck
Fallbeschleunigung
Schallgeschwindigkeit in einer Flüssigkeit
Mechanische Schwingungen. Grundbegriffe
Freie Schwingungen mit viskoser Dämpfung
Erzwungene Schwingungen
Eigenfrequenzen einfacher Strukturen
Literaturverzeichnis
Sachverzeichnis
Formelzeichen