Ziel der Entwicklung

Gegenstand des Projekts ist die Entwicklung eines nichtinvasiven akustischen Prüfverfahrens zur Erfassung von Kavitation in Fluidenergiemaschinen (Pumpen, Turbinen, Turbomaschinen) und hydrodynamischen Stellgliedern (Düsen, Klappen, Ventile). Kavitation führt zu Leistungseinbußen und zu abrasiven Schäden an Maschinenteilen. Ziel des Projekts ist (a) die passive Detektion von akustischen Körperschallsignalen in unmittelbarer Nähe zum Ort der Kavitation, (b) die aktive Detektion mit einem Sender-Empfänger-Transmissionsverfahren, wobei durch die Kavitation entstandene Mikrobläschen im Abstrom vom Ort der Kavitation durch akustische Signaldämpfung erfasst werden. Der akustische Nachweis beruht auf einer hochauflösenden Signalaufnahme mit breitbandigen Schallwandlern (bis 10 MHz), Analog-Digital Messkarten hoher Dynamik (16 Bit) und der statistischen Aufbereitung der Messdaten. Die Methoden wurden anhand von Testmessungen im Labor (Teststand mit gechlossenem Flüssigkeitskreislauf, Pumpe mit Drehzahlregelung, Venturi Düse) entwickelt und validiert. Die Kavitation an der konvergent-divergenten Düse wurde mit akustischen Messungen synchronen zu (Differenz-) Druck,- Volumenstrommessungen und optischen Untersuchungen erfasst. In transienten Untersuchungen wurde die Kavitation in der Düse durch Variation der Drehzahl (i.e. Strömungsgeschwindigkeit) und des Absolutdrucks (0,2 – 6 bar) erzeugt. Als Fluid wurde entgastes, deionisiertes Wasser verwendet. Testmessungen zur Validierung der Methode wurden bei Kunden an Maschinenprüfständen von Pumpen und Turbinen durchgeführt.

Vorteile und Lösungen

Die akustischen Messmethoden ermöglichen die Erfassung der Kavitation nicht invasiv quasi in Echtzeit. Hierzu werden Sensoren an Maschinengehäusen bzw. an schallleitenden Strukturen angebracht, die in Kontakt mit der Kavitationszone stehen. Die Methoden eignen sich für die Untersuchung der Kavitation in Pumpen, Turbinen, Turbomaschinen, Ventilen, Klappen oder Drosseln in fluidtechnischen Anlagen. Die gerätetechnische Konzeption kann an Maschinenprüfständen bei der Maschinenentwicklung, der Qualitätskontrolle und der vorausschauenden Instandhaltung und Maschinendiagnose eingesetzt werden. Eine Integration des Messverfahrens in Steuer- und Regelprozesse von Maschinen ist denkbar.

Zielgruppe und Zielmarkt

Die Ergebnisse bieten die Möglichkeit in Kooperation mit Herstellern von Fluidenergiemaschinen (Pumpen, Turbinen, Turbomaschinen) Konzepte zur Überwachung bzw. Vermeidung von Kavitation zu entwickeln.
Weitergehende Aktivitäten betreffen die Untersuchung von Einspritzdüsen in Verbrennungsmotoren.
Ausserdem eröffnet sich mit der Methode die Möglichkeit zur Untersuchung von Nanoblasen,
die Relevanz in biotechnisch-medizinischen Fragestellungen haben.