Labor Strömungsmaschinen

Das Labor ist u.A. ausgestattet mit 3 Gasturbinenprüfständen mit einer Wellenleistung bis zu 300 kW und aufheizbarer Einlasstemperatur auf bis zu 50°C. Des weiteren werden betrieben Prüfstände für Wasser- und Windkraftanlagen als auch einem Gebläseprüfstand. Zudem verfügt das Labor über modernste Messtechnik wie ein Background Oriented Schlieren (BOS-) System zur berührungslosen 3D Temperaturmessung und Flammentomographie, Emissionsdiagnostik als auch Hitzdrahtanemometrie und 3D-Ultraschallgeschwindigkeitsmessung.

 

 

Radialgebläseprüfstand

Bei dem Gebläseprüfstand handelt es sich um ein einstufiges Radialgebläse der Firma Kühnle, Kopp und Kausch (KKK).

Der Antrieb des Gebläses erfolgt über einen Gleichstrommotor, der eine maximale Drehzahl von 5100 min-1 ermöglicht und über ein Stirnradgetriebe (i=1:1,8) und eine Drehmomentenmesswelle mit dem Rotor des Gebläses verbunden ist.

Technische Daten des stufenlos regelbaren Gleichstrommotors

Nennleistung:  PN  = 69 kW

Nennmoment: Md,N = 227 Nm

Nenndrehzahl: nN = 2840 min-1

 

Regelungsmöglichkeiten: 

  • Drehzahländerung
  • Vorleitradverstellung
  • druckseitige Drosselung

Kalibrierung von Düsen

Messtechnik

  • Druck- und Temperaturmessung an verschiedenen Messstellen
  • Drehmoment
  • Drehzahl des Gebläses
  • Massendurchsatz über Wirkdruck an Messblende
  • Vom Elektromoto aufgenommener Strom
  • An Elektromotor anliegende elektrische Spannung

1-Wellengasturbine 62T-27

Die 62T-27 ist eine Einwellengasturbine der Firma Solar Turbines. Sie wird u.A. als Hilfstriebwerk im Transporthubschrauber CH-53 eingesetzt. Ihre Hauptkomponenten bestehen aus einem einstufigen Radialverdichter, einer auf der gleichen Welle befindlichen einstufigen Radialturbine und einer Umkehrbrennkammer. Die angesaugte Luft vor dem Verdichter kann auf bis zu 50°C aufgeheizt werden und ermöglicht die Untersuchung des Betriebsverhaltens bei unterschiedlichen Umgebungsbedingungen.

 

Technische Daten

Nennleistung: 74,56 kW bei 61.248  min-1 Brennstoffdurchsatz im Betriebspunkt: 49,5 kg/h

 

 

Kaplanturbinenanlage

Bei der im Labor für Strömungsmaschinen vorhandenen Kaplanturbinenanlage kann das Betriebsverhalten einer Modell-Kaplanturbine der Firma Voith untersucht werden.

Der am Eintritt in die Turbinenstufe über eine radiale Kreiselpumpe erzeugte Wasserdruck entspricht im Auslegungspunkt der Turbine einer Fallhöhe von h = 6,1 m. Die in der Turbine umgesetzte Energie wird in einem Gleichstrom-Generator in Strom umgewandelt und anschließend ins öffentliche Stromnetz eingespeist.

 

Technische Daten

Fallhöhe: 6,1 m Wasserstrom: 113l/s Nenndrehzahl: 3000 min-1 Generatorleistung: ca. 8 kW

 

Leistungsregelung

  • Bypass(leitung)
  • Leit- und Laufschaufelverstellung

Durch eine Änderung der Leitradöffnung kann der Massenstrom und damit die Turbinenleistung variiert werden. Dies bewirkt in der Regel eine ungünstige Anströmung des Laufrades und damit eine Erhöhung der Stoßverluste bzw. eine Verschlechterung des Wirkungsgrades. Um diesen Nachteil zu kompensieren, kann bei der Kaplanturbine auch das Laufrad verstellt werden. Durch diese gekoppelte Leit- und Laufschaufelverstellung ist eine Optimierung des Wirkungsgradverlaufes (Hüllkurve) und damit eine Verbesserung des Teillastverhaltens möglich.

Leitrad

Laufrad

 

Prüfstand

1. Untersuchung von Kativationserscheinungen

Bei einer Kaplanturbine kann am Turbinenaustritt der Wasserdruck örtlich unterhalb des Dampfdrucks sinken. An diesen Stellen bilden sich Dampfbalsen. Man spricht hier von Kavitation. Wandern diese Dampfblasen nun in Gebiet höheren Drucks, dann implodieren sie. Die dabei freiwerdenden Kräfte sind enorm und können unter Umständen das Laufrad zerstören. Am Prüfstand wurde deswegen bewusst ein besonders weiches Material für das Laufrad gewählt. Um diese Kavitationserscheinungen näher betrachten zu können, ist das Turbinengehäuse am Turbinenaustritt aus Plexiglas gefertigt. Das Laufrad wird mit einem Stroboskop so beleuchtet, dass für den Betrachter ein scheinbar stehendes Bild entsteht.

 

Kavitation an der Schaufelblattspitze

 

Kavitation an der Narbe

2. Einspeisung des vom Generator erzeugten Stroms

3. Druck- und Temperaturmessung an verschiedenen Stellen der Anlage

4. Venturidüse zur Volumenstrom-Bestimmung

5. Variation des Turbinenaustrittdrucks mit Hilfe einer Vakuumpumpe

2-Wellen-Gasturbinenanlage

Im Labor für Strömungsmaschinen ist seit 2003 ein Hubschrauber-Triebwerksprüfstand in Betrieb. Bei dem verwendeten Triebwerk mit der Bezeichnung Rolls Royce Modell 250-MTU-C20B handelt es sich um eine 2-Wellen-Gasturbine, die u.a. in dem Militärhubschrauber BO 105 zum Einsatz kommt. Die vorhandene Messtechnik ermöglicht vielfältige Untersuchungen am Prüfstand.

Technische Daten

Startleistung (KW): 313 max. Dauerleistung (kW): 276 SFC bei Startleistung (g/kWh): 391 SFC bei max. Dauerleistung: 276 Treibwerkmasse (kg): 72
Gasgeneratordrehzahl (min-1): 53.000 Turbinendrehzahl (min-1): 33.290 Abmessungen LxBxH (mm): 1034 x 438 x 589 Wellenzahl: 2

Bauweise:

  • 6-stufiger Axialverdichter
  • 1-stufiger Radialverdichter
  • Einzelbrennkammer
  • 4-stufige Turbine

 

Dampfturbinenanlage

Bei der vorhandenen Dampfturbinenanlage handelt es sich um eine einstufige, einkränzige Gleichdruckdampfturbinenanlage der Firma Kühnle, Kopp und Kausch (KKK). Die Anlage wurde 1984 in Betrieb genommen und im Jahre 2003 im Rahmen einer Diplomarbeit überarbeitet und modernisiert.

Technische Daten

Dampferzeuger

(Heizkessel von Ruhland Typ DG 1000 mit 2 Brennern)

  • Verwendeter Brennstoff: Heizöl
  • Wasserinhalt: 92 l
  • Dampftemperatur: 195 Grad Celsius
  • Zulässiger Dampfdruck: 15 bar
  • Zulässige Dampfmenge: 1000 kg/h
  • Zulässige Kesselleistung: 838 kW

Turbine

  • Bauart: einstufige Curtisrad-Turbine
  • Leistung: 51 kW bei 1000 kg/h Dampfmenge