Der Versuchstand ist für einen Betriebsdruck von 63 bar (PN 63) ausgelegt. Zur Druckmessung werden piezoresistive Druckaufnehmer der Firma Kistler verwendet. Um die hochwertigen Drucksensoren bei Druckstoß-Versuchen nicht zu beschädigen, wird ein Sensor mit einem Messbereich von 0 - 200 bar verwendet. Mechanisch überlastet wird der Sensor erst bei 500 bar. Dennoch wurde der Sensor bei einer Messung zerstört, bei der nur 15 bar Maximaldruck erwartet wurden. Was war passiert?

Die folgende Abbildung erklärt den Sachverhalt:

Der Druckverlauf wurde mit einer Messfrequenz von 20.000 Messwerten pro Sekunde aufgezeichnet. Der Druckanstieg bei ca. 2,1 Sekunden ist auf einen Ventilschnellschluss (Joukowsky-Stoß) zurück zuführen. Die Druckwelle läuft durch das System und wird an einem offenem Behälter reflektiert. Es bildet sich eine Unterdruckwelle, die bei ca. 2,15 Sekunden den Sensor erreicht. Das Wasser in der Rohrleitung verdampft lokal (Kavitation). Bei 2,25 Sekunden kommt es zur Rückbildung der Kavitation (nadelartige Druckpeaks). Ab 2,3 Sekunden ist ersichtlich, dass der Drucksensor eine Fehlfunktion hat.

Beim Ausbau des Sensors wurde festgestellt, dass die Metallmembran des Sensors mechanisch zerstört worden ist. Die hochfrequenten Druckpeaks beim Kollaps einzelner, kleiner Dampfblasen haben offensichtlich den Sensor irreversibel zerstört.

Lessons learned:

Auch extrem kurze Druckpeaks (< 1 ms) können messtechnische Sensoren in Anlagen beschädigen oder zerstören. Im Gegensatz zum hier gezeigten Beispiel ist bei Anlagen im industriellen Maßstab die Abtastrate der Messtechnik in der Regel deutlich geringer. Die Ursache für die Beschädigung von Sensoren ist daher nicht immer sofort ersichtlich.

Im Idealfall sollte die Zuführung zum Saugflansch der Pumpe möglichst gerade und ohne Bögen erfolgen. Ein direkt vor der Pumpe installierter Bogen erzeugt eine unsymmetrische Anströmung des Laufrads der Kreiselpumpe. Dadurch entsteht eine ungleichmäßige Förderung, die sich in einer pulsierenden Strömung äußert. Diese hochfrequenten Druckschwingungen können zu Schwingungsproblemen in der Anlage führen. Ist eine gerade Zuleitung nicht möglich, so können Strömungsgleichrichter zur Reduzierung des Dralls eingesetzt werden.

Um Kosten zu sparen, werden beim "Neubau" von Versuchsanlagen gerne Komponenten von nicht mehr benötigten Versuchseinrichtungen verwendet. Was nicht passt, wird passend gemacht! Bei Rohrleitungen ist dies häufig problemlos möglich, bei Pumpen kann es jedoch zu Problemen führen. Eine überdimensionierte Pumpe kann zwar durch Drosseln von Armaturen auf den gewünschten Betriebspunkt gezwungen werden. Dabei müssen aber Wirkungsgradverluste (Energiekosten!) und möglicherweise auch instabile Betriebszustände im Teillastbetrieb in Kauf genommen werden.

Es sollte daher gut überlegt werden, ob eine scheinbar günstige Altpumpe oder eine optimal zur Anwendung passende neue Kreiselpumpe verwendet wird.