Messung und Simulation von Druckschwingungen eines hydraulischen Prüfstandes

Abstract

Diese Arbeit beschäftigt sich mit der Thematik der Erzeugung und Ausbreitung von Schallwellen in hydraulischen Prüfständen. Im Zuge eines hydraulischen Modellversuchs werden unter anderem Druckschwingungsmessungen abgehalten, um etwa das Schwingungsverhalten eines Prüflings zu dokumentieren. Dabei sollen Störquellen, wie etwa Schallerzeugung der Prüfstandspumpe oder Eigenformen des Prüfstandes, soweit möglich ausgeblendet werden. Diese Störgeräusche breiten sich über Rohrleitungen aus und beeinflussen die Messergebnisse. Eine Zuordnung in relevante, prüflingsbedingte Teile des Signals und irrelevante prüfstandsbedingte Teile des Signals ist daher notwendig. Um diese Aufteilung der gemessenen Signale in prüflingsbedingt und prüfstandsbedingt gewährleisten zu können, ist eine Analyse der Erzeugung und Ausbreitung von Schallwellen von Nöten. Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit dieser Thematik. Neben einer umfassenden Literaturstudie zu den Grundlagen der Thematik, umfasst diese Arbeit die Dokumentation einer Messung, die im Rahmen eines Aufenthaltes am Prüfstandsstandort der Firma ANDRITZ in Linz abgehalten wurde. Weiters konnte unter Einbeziehung des Programmpaketes SIMSEN ein Simulationsmodell erstellt werden, um das Schwingverhalten des Prüfstandes abzubilden. Im Rahmen der Messung wurden 18 Aufnehmer zur dynamischen Druckmessung auf dem Prüfstand verteilt. Die Messungen wurden im Rahmen von prüfstandsüblichen Messabläufen abgehalten. Beispielsweise konnten verschiedene Propellerkurven, aber auch Pumpenkennlinien und Höheneinflusslinien vermessen werden. Ziel dieses Messaufbaus war es, verschiedene Frequenzanteile über den Prüfstand nachverfolgen zu können.<br />So kann etwa die Entwicklung der Amplitude des Pumpendrehklanges über den gesamten Prüfstand nachvollzogen und gleichzeitig überprüft werden, welcher Anteil dieses Signals noch am Turbineneingang vorhanden ist. Im Zuge der Analyse der gesammelten Daten konnten verschiedene Prüfstandseigenformen erkannt werden. Mit Hilfe des Programmpakets SIMSEN ist es gelungen diese Eigenformen nachzusimulieren, und damit die Eignung des Programmes zur Simulation hydraulischer Prüfstände zu untersuchen. Zusammmenfassend kann gesagt werden, dass diese Arbeit versucht ihrem Anspruch gerecht zu werden, indem sie einen Einblick in die Erzeugung und Ausbreitung von Schallwellen auf hydraulischen Prüfständen durch Analyse von Messergebnissen und Bestätigung durch Simulation gibt.<br />

Sound production and propagation in hydraulique test stands are of major interest for the interpretation of punctual dynamic pressure measurements. Punctual dynamic pressure measurements are commonly used in the process of turbine and pump design. This master thesis concentrates on the measurement and simulation of disturbing signals caused by the test stand pump and resonance phenomens. For this purpose a measurement took place where 18 highly dynamic pressure transducers were distributed over a test stand to record the acoustic behavior of the stand. The data analysis reveald the characterstic sound production behavior of the pump and it's propagation in the test rig pipes. Natural frequencies of the test rig could be detected. On the basis of the measured results a simulation of the test stand with the programm SIMSEN was implemented to reproduce the results.