Ein zentrales Anliegen von Pumpenforschern und -entwicklern ist die Bereitstellung
energieeffizienter und zuverlässig funktionierender Pumpen Pumpen also mit hoher
wirtschaftlicher Effizienz. Neben der optimierten Auslegung von Pumpen bereits in der
Produktentwicklung ist hierbei die Echtzeit-Überwachung der Pumpe im laufenden Betrieb eine
entscheidende Voraussetzung für solch einen wirtschaftlich effizienten Betrieb. Die heute in
der industriellen Praxis zum Einsatz kommenden Methoden geben jedoch häufig nur unzureichend
Aufschluss über den Betriebs- Belastungs- und Verschleißzustand der Pumpe. In dieser Arbeit
werden deshalb drei neue Maßnahmen vorgestellt die zur Erhöhung der Energieeffizienz und der
Verfügbarkeit von Pumpen beitragen. Eine wichtige Größe zur Detektion von Leckagen und zur
energieoptimalen Anpassung der Pumpendrehzahl ist der aktuell durch die Pumpe fließende
Volumenstrom. Aus Kostengründen wird dieser heute jedoch meist gar nicht erfasst. Deshalb wurde
in dieser Arbeit die integrierte Volumenstromerfassung untersucht welche die Messung desselben
mit günstigen innerhalb der Pumpe angebrachten Drucksensoren ermöglicht. Anhand
experimenteller Untersuchungen wurde gezeigt dass eine Volumenstrombestimmung mit einer
Genauigkeit von ca. ± 1 % Messabweichung vom wahren Volumenstromwert auch für unterschiedliche
Reynoldszahlen möglich ist. Somit ist nun die wissenschaftliche Grundlage für eine
kostengünstige integrierte Volumenstrombestimmung geschaffen. Eine wichtige Belastungsgröße
für eine Pumpe ist Kavitation. Die Bestimmung der Kavitationsintensität ist in der
industriellen Praxis bisher nicht möglich. In dieser Arbeit wurde deshalb auf die
Kavitationsintensität in einer Pumpe über außen am Gehäuse vorliegende Messsignale geschlossen.
Zwar ist eine experimentelle Kalibrierung hierbei nur unter realer Kavitationseinwirkung
möglich dennoch kann das am Gehäuse gemessene akustische Kavitationsintensitätskennfeld zur
Überwachung des Kavitationsverhaltens einer drehzahlvariablen Pumpe genutzt werden.
Abweichungen zu diesem Kennfeld weisen auf veränderte Kavitationsrandbedingungen im Betrieb
gegenüber dem Referenzzustand hin. Kenntnis über den Verschleißzustand einer Pumpe ist nötig
um zum einen ein Bauteil vor seinem Versagen austauschen und um zum anderen schleichende
Wirkungsgradverluste identifizieren zu können. In dieser Arbeit wurde deshalb die Grundlage
geschaffen den Verschleißzustand des Dichtspalts in Pumpen nach Spiralgehäuseart modellbasiert
zu bestimmen. Aus den drei im Betrieb gemessenen Größen Volumenstrom Druckdifferenz über den
Spalt und Drehzahl wird die erwartete Druckdifferenz im Radseitenraum berechnet und mit der
tatsächlichen verglichen. Aus der Differenz kann auf die Größe der Spaltmaßänderung geschlossen
werden. Mit diesem Verfahren wird eine Genauigkeit erreicht mit der über den gesamten
Betriebsbereich die tatsächliche Spaltmaßänderung um maximal 5 Prozentpunkte überschätzt wird.
Das Verfahren kann auf Fälle in denen keine Reynoldsgleichheit vorliegt (z. B. bei
drehzahlgeregelten Pumpen) erweitert werden. Somit ist es möglich durch eine einfache
Messanordnung Rückschluss auf den Verschleißzustand der Pumpe zu ziehen. Wartungsintervalle
können nun beispielsweise so geplant werden dass ein kostspieliges Versagen der Pumpe nicht
auftritt bzw. ein Absinken der Effizienz der Pumpe zum optimalen Zeitpunkt behoben wird.
