Druckpulsationen in instationär betriebenen hydraulischen Systemen

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Projektbeschreibung - Ansprechpartner - Kooperation / Förderung

Verbundvorhaben: Entwicklung von Grundlagen für instationär betriebene hydraulische Pumpensysteme in
flexiblen Kraftwerken II; Teilprojekt TU Dortmund: Druckpulsationen in instationär betriebenen hydraulischen Systemen

Aktuelle und zukünftige Anforderungen an die Entwicklung dampfbefeuerter Kraftwerke zur Stromerzeugung bestehen weltweit aufgrund des gegenwärtigen und weiter steigenden Anteils regenerativer Energien an der Stromerzeugung nicht mehr nur in der Erzielung höherer Wirkungsgrade und der Verringerung der Emission von Kohlendioxid. Vielmehr besteht das primäre Ziel des Betriebs kohle- und gasgefeuerter Dampfkraftwerke schon heute und zukünftig noch stärker v.a. in einem stark flexibilisierten Betrieb, um die Differenz zwischen der wetter- und tageszeitbedingten stark variablen Einspeisung regenerativer Energien und der Stromnachfrage auszugleichen und so eine weitere Erhöhung des Anteils regenerativer Energien an der Stromerzeugung zu ermöglichen. Dabei ist weiterhin eine umweltverträgliche, wirtschaftliche und sichere Energiebereitstellung erforderlich. Diese Zielsetzung ist umso dringlicher, da gemäß heutigem Stand der Ausbau großer (hydraulischer, pneumatischer und thermischer) Energiespeicher in dieser und der nächsten Dekade wegen der vorliegenden technischen, kommerziellen und gesellschaftlichen Randbedingungen nicht bzw. nur in sehr geringem Umfang realisierbar sein wird.

Im Teilprojekt der TU Dortmund ist ein eindimensionales Modell mehrstufiger Kreiselpumpen zu entwickelt, mit Hilfe dessen die strömungsdynamische Simulation von mehrstufigen Kreiselpumpen als Quelle für Pulsationen in Rohrleitungsnetzen im Zeitbereich ermöglicht wird. Ausgehend von dem im Vorgängerprojekt entwickelten Modellierungsansatz für einstufige Kreiselpumpen soll eine Modellstruktur erarbeitet werden, welche die maßgeblichen Einflussfaktoren auf das akustische Übertragungsverhalten sowie die Anregungsparameter mehrstufiger Pumpen quantifizierbar macht. Als Übertragungsverhalten wird die Eigenschaft der Pumpe bezeichnet, eintreffende Schallwellen zu reflektieren bzw. zu transmittieren. Die Anregungsparameter bestimmen wiederum die Eigenschaft Schallwellen aktiv anzuregen. Zwecks Validierung des Modells sowie zur Quantifizierung der nötige Modellparameter sind experimentelle Untersuchungen an mehrstufigen Kreiselpumpen vorgesehen. Mit Hilfe des zu entwickelnden Modells soll die eindimensionale Simulation mehrstufiger Pumpen zwecks Nutzung in weiterführenden Pulsationsstudien im Kontext gesamter Anlagen ermöglicht werden. Diese Art der numerischen Analyse der Fortpflanzung von Druckpulsationen dient zur Vermeidung akustischer Resonanzen und damit letztlich der Vermeidung unzulässiger Strukturschwingungen.

Dieses Projekt wird aus Mitteln vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) und der KSB SE & Co. KGaA gefördert und wird in Zusammenarbeit mit folgenden Partnern durchgeführt: Institut für Fluidsystemtechnik TU Darmstadt, Institut für Energietechnik TU Dresden, Lehrstuhl für Stömungsmechanik und Strömungsmaschinen TU Kaiserslautern und KSB SE & Co. KGaA