Forschungsergebnisse

Die Pöttersonde® macht den Unterschied – die zwei Welten in der Staudruck-Technologie


Links: Herkömmliche Staudrucksonde, rechts: Pöttersonde® (Grafiken: Forschungen an der TU Magdeburg)

 

Nutzen Sie die überragenden Vorteile von Pöttersonden®

Gegenüber den offensichtlichen Vorteilen von Pöttersonden® weisen die herkömmlichen Staudrucksonden erhebliche Defizite auf. Die Grafiken oben zeigen deutlich den Unterschied herkömmlicher Staudrucksonden im Vergleich zu Pöttersonden® und damit den dramatischen messtechnischen und mechanischen Quantensprung.

Beim Einsatz von Pöttersonden® entstehen keine großen druckinduzierten Ablösegebiete wie bei herkömmlichen Staudrucksonden, sondern nur eine extrem geringe Rezirkulation ausschließlich im Lee der Pöttersonde®, die nicht die geringste Störung bezüglich des Messwerts verursacht.

Links: Eine herkömmliche Staudrucksonde für Turbinendampf

  • Anströmfläche: ca. 5824 mm² bei Rohr ID 184,1 mm, das entspricht bei dieser Sonde einer Blendeneinziehung auf ca. 143,25 mm, bzw. einem Beta von ca. 0,778. Der relative hohe bleibende Druckverlust bewirkt großen negativen Einfluss auf die Expansionzahl.
  • Strömungsverhalten: extreme Wirbelbildung, sehr großes druckinduziertes Ablösegebiet
  • erhebliche Linearitätsfehler bei großem Messverhältnis, besonders dramatisch im oberen Re-Bereich (durch Umkippen der Strömung)
  • bleibender Druckverlust: sehr groß, häufig hohe irreversible Energievernichtung

Aufgrund unbrauchbarer Messwerte wurde diese Sonde ausgebaut und verschrottet. Dem Kraftwerk entstanden dadurch enorme Kosten durch Schweißen, Glühen von hochwarmfestem Stahl und TÜV-Prüfung.

Rechts: Eine Pöttersonde® für Turbinendampf

  • Die Anströmfläche der in der Grafik verwendeten Pöttersonde® beträgt ca. 720 mm² bei Rohr ID 184,1. Das entspricht ca. 1/8 der Anströmfläche der herkömmlichen Staudrucksonde.
  • so gut wie kein bleibender Druckverlust, dadurch kein negativer Einfluss auf die Expansionszahl
  • Strömungsverhalten: keine Störungen durch Wirbelbildung, kein druckinduziertes Ablösegebiet
  • keine Linearitätsfehler bei großem Messverhältnis, auch nicht im oberen Re-Bereich (Umkippen der Strömung)
  • bleibender Druckverlust unter der Nachweisgrenze

Die ausgebaute herkömmliche Staudrucksonde (links) wurde durch die Pöttersonde® (rechts) ersetzt; diese liefert seitdem präzise Messwerte. Mit der Pöttersonde® wurde erstmals eine ganz exakt aufgehende Bilanz möglich, verbunden mit erheblicher Energieeinsparung.

Herkömmliche Staudrucksonden unterscheiden sich im Strömungs-(Wirbel-)verhalten kaum von einem Kreiszylinder und verursachen extreme Wirbel (Karmann'che Wirbelstraße).
Das Wirbel- und Strömungsverhalten eines Kreiszylinders wurde in der Wissenschaft sehr ausführlich dokumentiert und kann auf herkömmliche Staudrucksonden übertragen werden, solange das Sondenprofil etwa gleich lang wie breit ist. Ob es dabei vier- oder mehrkantig, oval oder T-förmig ist, verändert dieses messtechnisch negative Wirbelverhalten (Karmannsche Wirbelstraße) kaum. Im Rahmen der Forschung wurde das Strömungsverhalten aller gängigen Sondenprofile ermittelt.

Siehe hierzu:

Heinz Herwig, "Strömungsmechanik A - Z", Seite 408 oben:
“Bei Körpern, an denen es zu druckinduzierten großen Ablösegebieten kommt, ist der Einfluss der Reynoldszahl u. U. stark, weil der Umschlagpunkt (laminar/turbulent) und der Ablösepunkt unterschiedlich interferieren können und deshalb Ablösegebiete sehr unterschiedlicher Größe entstehen. […]. Ein typisches Beispiel ist die Umströmung eines Kreiszylinders“.

http://www.philippi-trust.de/hendrik/braunschweig/wirbeldoku/mahrla.html
"Bei weiterer Geschwindigkeitserhöhung wird dann ein weiterer kritischer Punkt erreicht. Er liegt bei den meisten Körpern bei Reynoldszahlen zwischen 2·10⁵ bis 7·10⁵. Ab diesem Punkt löst sich die Strömung turbulent vom Körper ab. Bei turbulenter Umströmung haftet allerdings die Strömung des Fluids länger am Körper, bevor sie sich ablöst, und bildet Verwirbelungen, deren Richtung nicht mehr vorhersagbar bzw. berechenbar ist. Das hat zur Folge, dass sich das Totgebiet hinter dem Körper verkleinert, und somit auch der Bereich, der hinderlich auf die Vorwärtsbewegung wirkt. Dies hat ein abruptes Absinken des cw-Werts (K-Faktors), bis zu seinem Minimum zur Folge. Dies bedeutet für einen Körper den strömungsgünstigsten Zustand."

 

Visualisierung nach der Wollfadenmethode

Nachfolgend ist die Visualisierung nach der Wollfadenmethode über das Strömungsverhalten einer herkömmlichen Hochdruckdampfsonde im Vergleich zu einer Hochdruckdampf-Pöttersonde® Typ DF 10 unter völlig identischen Bedingungen dargestellt.

Visualisierung: Herkömmliche Staudrucksonde nach dem Wollfadenprinzip

Visualisierung: Pöttersonde® DF 10 nach dem Wollfadenprinzip

Visualisierung: Pöttersonde® DF 10 mit Dampf

Herkömmliche Staudrucksonden bilden den Differenzdruck theoretisch etwa zu 80 % aus Staudruck (Anströmseite) und Unterdruck (Abströmseite) und ca. zu 20 % aus Reibung. In dieser Betrachtung fehlt jedoch der erhebliche Einfluss sehr starker Wirbelbildung, welche zum einen den Unterdruck nicht quadratisch zur Strömungsgeschwindigkeit verändert und zum anderen einhergeht mit einem erhöhten bleibenden Druckverlust durch die Wirbelbremse. Das ist fast immer reine Energievernichtung.

Extreme Wirbel (Karmannsche Wirbelstraße) herkömmlicher Staudrucksonden verursachen zudem sehr starke mechanische Belastungen, die trotz der oft erforderlichen Gegenlager (z. B. im HD-Dampfbereich) oft zu Schwingungsbrüchen führen. Pöttersonden® werden mechanisch kaum belastet und benötigen deshalb auch niemals Gegenlager. Bisher ist auch noch nie eine der vielfach eingesetzten Pöttersonden® abgerissen.

Gern wird verschwiegen, dass bei herkömmlichen Staudrucksonden die zur Druckkompensation integrierte Druckaufnahme auf der Unterdruckseite in Wirklichkeit keine statische Druckaufnahme ermöglicht. Es handelt sich um einen Unterdruck, der sich aufgrund von Wirbeln und Wirbelbremse auch nicht quadratisch verändert. Signifikante Messfehler entstehen allein schon durch die verfälschte Aufnahme des statischen Druckes in der Unterdruckkammer.

Pöttersonden®: Die schwert- oder plattenförmigen Pöttersonden® (B x L = 1 : 3,5 mit einer Eintauchtiefe < 0,5 x D) werden durch Wirbel überhaupt nicht negativ beeinflusst. Um die Pöttersonde® bildet eine nach hinten spitz zusammen laufende Ellipse ein ideales Strömungsprofil (siehe Visualisierung Dampf).

Uni Magdeburg (Forschungsbericht): Datei: Bericht TU Magdeburg.pdf
„Im Anström- und Seitenbereich der Pöttersonde® sind keine Wirbel festzustellen, lediglich im Nachlauf gibt es ein kleines Rezirkulationsgebiet. […] Hieraus resultierende negative Auswirkungen auf das Messergebnis und auf die Standfestigkeit der Sonde sind unwahrscheinlich."

Der Widerstandsbeiwert (K-Faktor) der Pöttersonden® bildet sich im Gegensatz zu herkömmlichen Staudrucksonden aus dem reinen unverfälschten Staudruck der Anströmfläche und dem statischen Druck der Abströmfläche. Der sehr geringe Reibungswiderstand, welcher sich auf der laminaren Gleitschicht der glatt gefrästen Oberfläche der Pöttersonde® bildet, kann noch nicht einmal – weil viel zu gering – berechnet werden. Zudem löst sich der Staudruck von Pöttersonden® völlig im Reibungswiderstand auf (siehe Eulersches/d’Alembertsches Paradoxon) und arbeitet dadurch im Vergleich zu herkömmlichen Staudrucksonden fast druckverlustfrei. Pöttersonden® werden durch die Expansionszahl (weil konstant) nicht negativ in der Linearität beeinflusst. Störungen durch Wirbel, Wirbelbremse oder Expansionszahl entstehen auch nicht. Auch sehr hohe Reynoldszahlen führen bei Pöttersonden® nicht zu dem befürchteten Umschlagen der Ablösung. Das ist die wichtigste Voraussetzung für hochgenau aufgehende Bilanzen bis in hohe Re-Bereiche, z. B. bei Hochdruckdampf. Die sehr hohe Genauigkeit von Pöttersonden® erklärt sich durch die Gesetze der Physik.

Das Wissen über das Strömungsverhalten von Pöttersonden® basiert auf umfangreichen Forschungen, einschlägiger wissenschaftlichen Literatur und einem Forschungsprojekt an der Universität Magdeburg. Die Aussagen zum Wirbelverhalten von Pöttersonden® wurden sehr deutlich bestätigt. Auch in den Windkanälen am Lehrstuhl für Strömungsmechanik der TU Erlangen, der PTB in Braunschweig und der Fachhochschule Köln wurde die hohe Genauigkeit von Pöttersonden® geprüft und bestätigt.

Forschungsbericht der Universität Magdeburg als PDF-Datei