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Optimierung des Steigungsverlaufes von Schraubenvakuumpumpen

Titel: Optimierung des Steigungsverlaufes von Schraubenvakuumpumpen
Thema: Auslegung einer optimierten Rotorgeometrie von Schraubenvakuumpumpen hinsichtlich energetischer Gesichtspunkte

 

Die Nutzung von Schraubenvakuumpumpen als Vorvakuumpumpen ist in vielen Anwendungsbereichen weit verbreitet. Der wesentliche Vorteil dieser Pumpen, im Vergleich zu Drehschieberpumpen, liegt im ölfreien Arbeitsprinzip des Arbeitsraumes. Die Weiterentwicklung der Fertigungsmöglichkeiten von Schraubenrotoren hat in der Vergangenheit zur Nutzung von Rotoren mit variabler Steigung geführt und ist ein weit verbreiteter Standard.

 

Im Rahmen des Projektes wird der Einfluss der variablen Steigung auf das thermodynamische Betriebsverhalten untersucht. Ziel ist dabei eine optimale Auslegung von Vakuumpumpen unter Vorgabe geometrischer und betriebsbedingter Parameter. Hierbei soll eine Rotorgeometrie erarbeitet werden, welche hinsichtlich des Betriebs energetisch günstige Eigenschaften aufweist. Die Vorgehensweise stützt sich dabei auf aktuelle Forschungsergebnisse des Fachgebiet Fluidtechnik, bei welcher ein evolutionäres Optimierungsverfahren genutzt wird. Unter Vorgabe geometrischer Parameter, wie Kopf- und Fußkreisdurchmesser, Rotorlänge, Drehzahl und Ansaugdruck wird der Steigungsverlauf variiert, um so optimale Geometrien zu ermitteln. Als Bewertungskriterien werden der Fördermassenstrom und die Innenleistung der berechneten Geometrien herangezogen. Gemäß dem evolutionären Verfahren werden anhand der genannten Kriterien Geometrien ausgewählt und weiter kombiniert bzw. variiert, um so iterativ pareto-optimale Lösungen zu erzeugen. Das Ergebnis sind sogenannte Pareto-Fronten, bei welcher jeder Punkt eine pareto-optimale Geometrie darstellt (siehe Abbildung 1). Abbildung 2 zeigt beispielhaft eine nach diesem Verfahren optimierte Verdrängergeometrie.

 

Pareto_Optimierung Zusammenbau_Opti_8000
Abbildung 1: Pareto-optimale Lösungen der Verdrängergeometrie für verschiedene Iterationsschritte Abbildung 2: Beispielhafte, pareto-optimierte Verdrängergeometrie

 

 



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Kontakt

Univ. Prof. Dr.-Ing. Andreas Brümmer
Tel.: 0231 755-5720
Timo Jünemann, M.Sc.
Tel.: 0231 755-5784