April 2015
| von Markus Mosshammer, Universitätsassistent, Institut für Hydraulische Strömungsmaschinen, Technische Universität Graz; Michael Grill, Group Expert für Rotating Equipment, OMV Refining & Marketing

  • Erst durch das Einbeziehen einer externen Institution und deren strukturierter Vorgehensweise bei der Schadensanalyse einer Pumpe war es Betreiber und Hersteller möglich, einen komplexen Schadensfall in kurzer Zeit zur Zufriedenheit aller Parteien zu lösen.
  • Der Einsatz von analytischen Methoden in Kombination mit Numerik und Versuch führte zur Identifikation von einigen nachteiligen Parametern - allen voran der verwendeten Materialpaarung - und damit zu einer Weiterentwicklung des Produktes und signifikant reduzierten Stillstandszeiten und somit Betriebskosten. 

Untersuchung des Temperatureinflusses
Durch den Einsatz der Materialpaarung lag bereits früh in der Schadensanalyse der Verdacht nahe, dass dies ein mögliches Anlaufen der Laufräder am Gehäuse bewirken könnte. Ein einfaches Modell der Pumpe – es wurden nur das Innengehäuse, die Lager und die Welle samt Laufräder modelliert – zeigte eine maximale axiale Verschiebung an der saugseitigen Deckscheibe des Laufrades der 1. Stufe von etwa 2 mm. Diese Änderung konnte also nicht die Schadensursache für das Anlaufen der 8. Stufe sein – es wurden auch an keinen anderen Laufrädern Anlaufspuren gefunden. Die Änderung der Kräftesituation auf die Laufräder hat bei einem intakten Presssitz keinerlei negativen Auswirkungen. Da jedoch der Wärmeausdehnungskoeffizient des austenitischen Werkstoffes knapp 40 % höher ist als jener des Nickelbasis-Werkstoffes der Welle, war es möglich zu zeigen, dass der verwendete Presssitz ungeeignet ist. Nach mehrmaligem Aufheizen auf Betriebstemperatur und anschließendem Abkühlen führt dieser Unterschied im Wärmdehnungsverhalten – kombiniert mit der deutlich höheren Streckgrenze des Wellenwerkstoffes – zu einer Plastifizierung, genauer gesagt einer Aufweitung, der Laufradnaben. Diese Verformung wurde gemessen und analytisch nachgewiesen. Ebenfalls möglich war es zu zeigen, dass der Presssitz der 8. Stufe im Betrieb nicht mehr intakt war und die Übertragung des Drehmoments lediglich über die Passfeder und die Übertragung der Axialkraft über den Splitring (axiale Position nur in Richtung Saugseite gesichert) erfolgte. Somit konnte es bei einer Umkehr der Axialkraft zu einem Anlaufen des Laufrades – primär jenes der 8. Stufe – kommen, da das Laufrad nur mehr lose auf der Welle befestigt war.

Numerische Validierung
Durch Einsatz einfacher optischer Beobachtungen und Messungen in Kombination mit analytischen Methoden war es möglich, zeitnah bereits die sehr wahrscheinliche Fehlerursache zu identifizieren. Da allerdings zu diesem Zeitpunkt noch andere Fragen unbeantwortet waren, wurden zusätzliche numerische Untersuchungen und Materialtests durchgeführt, die die analytischen Annahmen bestätigten beziehungsweise ergänzten.

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