Kaskadenprüfstand

Die Auswirkungen drallbehafteter Brennkammeraustrittsströmungen auf die Statordynamik soll experimentell mit Hilfe eines ebenen Brennkammersegments und einer stromab positionierten Schaufelkaskade, welche einer modernen Statorbeschaufelung entspricht, untersucht werden. Sowohl das Brennkammersegment als auch die Beschaufelung werden zu Erzielung einer hohen Messgebietsauflösung und realitätsnaher Reynoldszahlen in stark vergrößertem Maßstab aufgebaut. Die mittleren Schaufelprofile sind mit Filmkühlbohrungsreihen versehen.

Die Vermessung der Verluste und der Ausmischung der Filmkühlluft wird über Strömungsfeldtraversen mittels einer Fünflochsonde stromauf und stromab der Schaufelkaskade erfolgen. Der Einsatz der PIV-Lasermesstechnik, insbesondere im Bereich des Brennkammersegements und der Passage, ist ebenfalls vorgesehen. Weiterhin soll im Bereich der Schaufeln die Filmkühleffektivität bestimmt werden. Zu diesem Zweck soll das kalibrierte Ammoniak-Diazo Verfahren nach Friedrichs angewendet werden. Die Steuerung des Prüfstandes erfolgt durch Lab View von National Instruments.

Primärgebläse
Gebläsetyp Radialverdichter
Leistung 123 kW
Maximale Druckdifferenz 0,22 bar
Maximaler Volumenstrom 16200 m3/h
Sekundärgebläse
Gebläsetyp Seitenkanalverdichter
Windkanal
Typ Eiffelwindkanal mit Drallerzeugern und transparenter Messstrecke
Betriebsart Saugbetrieb
Messkammerquerschnitt 1200 mm x 200 mm
Geschwindigkeitsbereich 2 m/s – 20 m/s
  • Traversierung des Strömungsfeldes vor und hinter den Schaufeln mittels einer Fünfochsonde
  • Vermessung der adiabaten Filmkühleffektivität an der mittleren Schaufel mittels des Ammoniak Diazo Verfahrens nach Friedrichs
  • Bestimmung des Druckprofils der mittleren Schaufel mittels einer mit Druckbohrungen ausgerüsteten Schaufel und Scanivalve Druckmultiplexer
  • Flächige Vermessung des Geschwindigkeitsprofils in der Messstrecke mittels Particle Image Velocimetry (PIV)
  • Visualisierung der Strömung (z.B. Ölanstrichverfahren)

AG Turbo COORETEC:

Die an dem Kaskadenprüfstand laufenden Versuche werden im Rahmen des COORETEC 3.2.2 A Forschungsvorhabens „Interaktion zwischen Brennkammer und Turbine“ in Zusammenarbeit mit Rolls-Royce Deutschland und MAN turbo durchgeführt.

Beschreibung:

Die kontinuierliche Reduktion des Brennstoffverbrauchs bei Kraftwerken, stationären Gasturbinen und Flugtriebwerken ist aus ökonomischen und ökologischen Gründen eines der wichtigsten Ziele in den betreffenden Industriebranchen. Die Forderung der Effizienzsteigerung hat zur stetigen Verbesserung der Komponentenwirkungsgrade geführt. Technologisch gesehen wird es daher immer schwieriger, weitere Wirkungsgraderhöhungen bei den jeweiligen Einzelkomponenten zu erzielen. Obwohl sicher auch in Zukunft durch die Einführung neuer Technologien und Konzepte noch weitere technisch und ökonomisch sinnvoll erreichbare Wirkungsgradverbesserungen in den Komponenten erreicht werden, müssen auch neue Wege gefunden werden, um letztlich den Gesamtwirkungsgrad der Energieerzeugung zu verbessern. In der Tat hängt der Wirkungsgrad auch davon ab, wie gut die einzelnen Komponenten aufeinander abgestimmt sind. Die gesamtheitliche Betrachtung und Modellierung der Maschine sind deshalb schon in der Auslegungsphase unabdingbar. Dies trifft vor allem auf die Schnittstellen der einzelnen Komponenten zu. Das Ziel des Vorhabens ist die experimentelle Untersuchung der Wechselwirkung der stark drallbehafteten Brennkammerströmung mit der ersten Leitschaufelreihe der Hochdruckturbine. Der Drall hat einen beträchtlichen Einfluss auf die aerodynamischen Verluste dieser Schaufelreihe und die Ausbreitung bzw. Ausmischung der gelegten Kühlfilme. Durch die Berücksichtigung der komplexen Brennkammeraustrittsströmung im Auslegungsprozess wäre daher eine aerodynamische Optimierung der ersten Leitschaufelreihe sowie eine verbesserte Kühlfilmlegung möglich, wodurch eine Erhöhung des Prozesswirkungsgrades erreichbar wird und somit eine Reduktion der CO2 Emissionswerte.