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Axial-Turbinen-Prüfstand

Einsatzgebiete:

  • Untersuchung von aerodynamischen Fragestellungen in ein- und mehrstufigen Axialturbinen
  • Untersuchung unterschiedlicher Beschaufelungstypen durch hohe Flexibilität möglich
  • Untersuchungen zu erzwungen und aeroelastisch erregten Schaufelschwingungen in Axialturbinen
  • Untersuchung von Mehrstufeneffekten
  • Untersuchung instationärer Aerodynamik in Turbinen
  • Schalltransport in Axialturbinen
  • Axialspaltuntersuchungen

Eingesetzte Messtechnik

  • Stationäre und instationäre Druckmesstechnik
  • Hochpräzise Temperaturmesstechnik (Thermoelement Typ K und PT100)
  • Einsatz stationär und instationär messender miniaturisierter Strömungs-Vektorsonden
  • Bis zu 8 radiale Sondentraversierungen mit Strömungs-Vektorsonden gleichzeitig möglich
  • Dauerhafte Erfassung der Ein- und Austrittszustände durch z.T. bewegliche Kammsonden
  • Schaufelinstrumentierung (stationär/instationär)
  • Lautsprecher- und Mikrofonmesstechnik zur Einbringung von Schall und Messung des Schalltransports
  • CTA Sonden zur Messung der Geschwindigkeitsvektoren und der Turbulenz des Strömungsfeldes
  • endoskopische 3-Komponenten Particle Image Velocimetry (PIV) zur Vermessung des Strömungsfelds
  • Mehrere Umfangstraversiereinheiten für hochauflösende Messungen

Luftturbine

Der Luftturbinen-Prüfstand am TFD wird seit mehreren Jahrzehnten erfolgreich für wissenschaftliche Experimente im Bereich der Axialturbinen im Technikums-Maßstab eingesetzt.

Der Prüfstand kann durch seine flexible Bauweise verschiedene skalierte Hoch-, Mittel und Niederdruck-Turbinen-Beschaufelungen aufnehmen.

Die vergleichsweise axial lange Bauform des Rotors ermöglicht in einzigartiger Weise die Untersuchung von bis zu sieben Turbinenstufen, die entweder auf klassischen Trommelläufern oder auf einem modernen Zuganker-Läufer installiert werden. Aus diesem Grund eignet sich der Prüfstand insbesondere zur Untersuchung von Mehrstufeneffekten, z.B. aus dem Bereich der Strömungspfadoptimierung oder stufenübergreifender instationärer Effekte (Akustik, Aeroelastik).

Hauptbestandteil des Versuchsstands ist das druckhaltende Turbinengehäuse in klassischer Dampfturbinenbauweise samt seiner peripheren Anlagen. Das Turbinengehäuse kann durch Umrüstung der Leitschaufelträger und des Rotors verschiedene Turbinenkonfigurationen aufnehmen, so dass Untersuchungen von an die wissenschaftliche Fragestellung angepassten Beschaufelungen möglich sind, die bei Bedarf projektspezifisch ausgelegt und gefertigt werden.

Der Antrieb der Turbine erfolgt mit verdichteter Luft als Prozessmedium. Die Beschaufelung überträgt die Nutzarbeit an den Turbinenrotor, welcher über eine hochpräzise Drehmomentmesswelle an die Belastungsmaschine gekoppelt ist. Im aktuellen Aufbau kommt hierzu ein Stirnradgetriebe in Kombination mit einem Gleichstromgenerator/-motor zum Einsatz. Über die Belastungsmaschine kann die Drehzahl der Turbine unabhängig vom eingestellten Massenstrom durch die Turbine geregelt werden. Die Gleichstrommaschine ermöglicht einen gleitenden Übergang zwischen Last- und Schleppbetrieb der Anlage.

Neben Grundlagenuntersuchungen zum Strömungsfeld in Niederdruckturbinen, z.B. Schaufel-Nachlauf-Interaktion, werden Untersuchung zu aeroelastischen Fragestellungen sowie die Untersuchung von Mehrstufeneffekten am Beispiel moderner Hochdruck-Dampfturbinen-Beschaufelungen durchgeführt. Insbesondere im Hinblick auf Teil- und Schwachlastbetrieb ist der Versuchsträger dazu geeignet, den flexiblen Fahrbetrieb realer Gas- und Dampfturbinen abzubilden. Im Zuge der Akquise und Durchführung öffentlicher und durch Drittmittel finanzierter Projekte wurden die Betriebsüberwachung und die Schmieröl- und Sperrluftversorgung des Versuchsstand vor kurzem erneuert und mit Messtechnik auf dem Stand der Technik ausgestattet. Letztere umfasst neue Druckmesstechnik mit bis zu 256 Kanälen, hochpräzise Temperaturmesstechnik auf 90 Kanälen, neue instationäre Messtechnik für Messungen mit bis zu 200 MHz Abtastfrequenz inkl. Verstärkern auf bis zu 32 Kanälen, eine hochpräzise Drehmomentmesswelle, neue, flexible Messprogramme und eine neue Betriebspunktregelung zur Stabilisierung der Betriebsparameter. Zur Echtzeit-Betriebsüberwachung wird das ARGUS OMDS-System der Firma IfTA genutzt.

Technische Daten der Luftturbine (derzeitiger Aufbau)

  • Stufenzahl / Konfigurationen   
1; 1,5; 2; 4; 5; 7
  • Rotorbauformen
1 bis 7 stufiger längsgenuteter Vollläufer,     
7-stufiger Vollläufer mit Umfangsnuten,  
1-stufiger Blisk-Zuganker-Rotor
  • Max. Drehzahl
7.500 1/min
  • Max. Eintrittsdruck  
3 bar
  • Max. Eintrittstemperatur 
180 °C
  • Max. Durchfluss / Massenstrom
9,2 kg/s
  • Max. Abtriebsleistung
1.350 kW (elektrisch)
  • Min. Nabendurchmesser  
270 mm 
  • Max. Gehäusedurchmesser
480 mm
  • Gewicht inkl. Beschaufelung
6.000 kg

 

 

Ansprechpartner

Dipl.-Ing. Simon Bittner