FLEXOPUMPS - Entwicklung flexibel operierender Pumpensysteme für hohe Druckverhältnisse, Temperatur- und Mengenschwankungen, Teilprojekte 1-9; Teilvorhaben: Grundlagenuntersuchungen zu flexibel operierenden Pumpensystemen für hohe Druckverhältnisse, Temperatur- und Mengenschwankungen

Abstract

Im Projekt wurden neun Teilprojekte bearbeitet, um Anforderungen an Pumpensysteme unter stark schwankenden Betriebsbedingungen abzuleiten und hochflexibel betreibbare Lösungen zu entwickeln. In TP1 wurde eine Berechnungsmethodik auf einen speziellen Pumpentyp adaptiert, sodass nun für verschiedene Kühl- und Lagerungsvarianten konstruktionsbegleitende thermische Analysen möglich sind. In TP2 entstand ein datengetriebenes Auslegungsverfahren für hydraulische Komponenten. Umfangreiche Datensätze wurden genutzt, statistische Modelle entwickelt und Schnittstellen zur Weiterverarbeitung im KSB-CAD-System geschaffen. TP3 entwickelte ein schnelles Verfahren zur frühen Bewertung der Pumpenkennlinie, wobei Steigung und Stabilität im Fokus stehen. Unterschiede zwischen verschiedenen Laufradauslegungen lieferten zusätzliche Erkenntnisse. In TP4 wurde das Programm „Childs“ erweitert, um Axialschubentlastungseinrichtungen zuverlässig zu berechnen und rotordynamische Vorhersagen zu verbessern. TP5 verknüpfte Messdaten und FEM-Simulationen zu einem konsistenten Bild der Pumpendynamik. Relevante Eigenfrequenzen und Schwingungsmuster wurden klar identifiziert. In TP6 entstand eine Methodik zur Identifikation kritischer Betriebspunkte und deren beschleunigter Validierung. Verstärkungskonzepte für die Schaufel-Deckscheiben-Verbindung bei Kunststofflaufrädern und integrierte Naben wurden auf Dauerhaltbarkeit untersucht. TP7 entwickelte eine Methodik für additivfertigungsgerechte Pumpenhydrauliken, die durch Leichtbau, simulationsbasierte Festigkeitsnachweise und Automatisierung deutliche Masseeinsparungen ermöglicht. In TP8 wurde ein echtzeitfähiger digitaler Zwilling entwickelt und erfolgreich validiert, der virtuelle Sensorik und prädiktive Instandhaltung erlaubt. TP9 schuf ein Monitoring- und Diagnosesystem zur frühzeitigen Anomalieerkennung in Kraftwerks-Pumpensystemen und verbessert damit die Anlagenüberwachung. In this project, nine subprojects were carried out to derive requirements for pump systems operating under highly fluctuating conditions and to develop solutions that can be operated with high flexibility. In TP 1, a calculation methodology was adapted to a specific pump type, enabling design integrated thermal analyses for various cooling and bearing configurations. In TP 2, a data driven design method for hydraulic components was developed. Extensive datasets were used, statistical models were created, and interfaces for further processing in the KSB CAD system were implemented. TP 3 developed a fast method for early assessment of the pump characteristic curve, focusing on its slope and stability. Differences between various impeller designs provided additional insights. In TP 4, the "Childs" program was extended to reliably calculate axial thrust balancing devices and improve rotordynamic predictions. TP 5 combined measurement data and FEM simulations into a consistent representation of pump dynamics. Relevant natural frequencies and vibration patterns were clearly identified. In TP 6, a methodology was created to identify critical operating points and validate them more quickly. Reinforcement concepts for the blade to shroud connection in plastic impellers and integrated hubs were examined for fatigue life. TP 7 developed a methodology for additive manufacturing ready pump hydraulics, enabling significant mass reduction through lightweight design, simulation based strength verification, and automation. In TP 8, a real time capable digital twin was developed and successfully validated, enabling virtual sensing and predictive maintenance. TP 9 established a monitoring and diagnostic system for early anomaly detection in power plant pump systems, improving overall plant supervision.