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Produktentwicklung im Maschinenbau
Master

Thermische Strömungsmaschinen

Im Labor werden experimentelle Untersuchungen in thermischen Strömungsmaschinen an einer Gasturbine, im Axialverdichter und im sich in Aufbau befindenden Radialverdichter durchgeführt.

Gasturbinenprüfstand

Gasturbinen können schnell in Betrieb gesetzt werden und dienen daher als Spitzenlastkraftwerke für die Stromerzeugung. Durch die kompakte Bauweise der Gasturbine werden diese auch als Antriebe in Schiffen, im Kfz und in Diesellokomotiven eingesetzt. Bedeutende Anwendung hat die Gasturbine als Triebwerk in Flugzeugen erfahren.



Beim Gasturbinenprüfstand werden folgende Größen messtechnisch bestimmt oder aus anderen Messgrößen berechnet:

  • Der Luftmassenstrom am Gasturbineneintritt wird mit Hilfe der Einströmdüse ermittelt
  • Die Brennstoffmenge wird im Brennstoffzuteilsystem gemessen
  • Das Drehmoment wird über einen eingebauten Torsionsstab (Verdrehwinkel) erfasst
  • Die Drehzahl der Gasturbinenabtriebswelle wird induktiv mit Hilfe einer Zahnscheibe bestimmt
  • Die Temperaturen in der Gasturbine werden mit Thermoelementen gemessen
  • Die Drücke in der Gasturbine werden mit Drucksensoren erfasst

Das Versuchsprogramm umfasst folgende Teile:

  • Darstellung des Gasturbinen- Prozesses im T,s- und h,s-Diagramm
  • Daraus die Bestimmung der übertragenen Wärmen und Arbeiten
  • Ermittlung und Darstellung des thermodynamischen Wirkungsgrades
  • Bestimmung und Darstellung der Nutzleistung
  • Ermittlung von Gasturbinenkennwerten (Turbine und Verdichter)


Die technischen Daten der Gasturbine:

 Nennleistung (Nutzleistung)Pnutz = 73,5 kW (100 PS
 Getriebeverhältnisz = 16,667:1
 Druckverhältnisπ < 2,8
 Luftdurchsatzm•Luft= 0,9 kg/s
 Zünddrehzahlnzünd ≈ 5000 U/min
 BrennstoffHeizöl EL
 EinlaufdüseD = 135 mm
 Drehzahl der Nutzmaschine(Wasserwirbelbremsennutz = 3000 U/min
 Eintrittstemperatur VerdichterTUmg ≈ 20 °C
 Austrittstemperatur VerdichterTVerd = 250-300°C
 Eintrittstemperatur TurbineTTurb_ein = 700-1000°C
 Austrittstemperatur TurbineTTurb_aus = 400-500°C

Axialversdichterprüfstand



Im Axialverdichterprüfstand werden der Strömungszustand in der Axialverdichterbeschaufelung, die relevanten Kenngrößen des Axialverdichters und das Betriebsverhalten der Gesamtanlage - bestehend aus Axialverdichter und Last (Verbraucher) bestimmt.
Bei Axialverdichtern erfolgt die Hauptströmungsrichtung in axialer Richtung. Die Axialverdichterstufe - bestehend aus Laufrad und Leitrad - wird axial angeströmt, im Laufrad wird die Strömung in Umfangsrichtung umgelenkt und nach dem Leitrad erfolgt die Abströmung in axialer Richtung.

Beim Axialverdichterprüfstand werden folgende Kenngrößen messtechnisch ermittelt oder aus anderen Messgrößen berechnet:

  • Der Massenstrom am Axialvedichtereintritt mittels der Einströmdüse
  • Die Strömungsgeschwindigkeiten über der Axialverdichterstufe (Laufrad, Leitrad) mit Dreilochsonden bzw. Vierlochsonden
  • Das Drehmoment an der Axialverdichterwelle des Antriebsmotors über eine Messwaage
  • Die Drehzahl über einen Tachogenerator
  • Der Arbeitspunkt des Verbrauchers über die Verstellung einer Drosselklappe (Jalousiewinkel)
  • Die Druckverteilung im Axialverdichter über Messbohrungen und mit einem Druckscanner

Folgende Parameter und Kennlinien werden im Axialverdichterprüfstand ermittelt:

  • Die Verbraucher- bzw. Lastkennlinie
  • Der Druckverlauf in der Axialverdichterstufe
  • Der Zustandsverlaufs im Axialverdichter im h,s-Diagramm
  • Der Strömungszustand über der Axialverdichterstufe
  • Die Geschwindigkeitsdreiecke und Schaufelpläne im Mittelschnitt
  • Verdichterkennlinie des Axialverdichters
  • Die Arbeitspunkte des Axialverdichters (Gesamtanlage)
  • Der Polytropenexponent n des Axialverdichters
Die Messwerterfassung und -ansteuerung des Druckscanners und die Weiterverarbeitung der Messwerte erfolgt in LabVIEW.

Technische Daten des Axialverdichters:
 VolumenstromV •= 4,5 m³/s
 AntriebsleistungPan = 5,25 kW
 DrehzahlnAV = 3000 U/min
 Druckdifferenz der AxialverdichterstufeΔp = 981 Pa = 9,81 mbar

Energie- und Strömungstechnik

Raum: H059
Telefon: 0751/501-9554

Kontakt

Laborleiter:
Prof. Dr.-Ing Gerd Thieleke

Wissenschaftlicher Mitarbeiter
Arnold Praisnar, B.Sc.

Labormeister:
Thomas Frei