Schnelllaufender Radialverdichter

Neue Verdichterkonzepte und deren numerische Strömungssimulation werden am Radialverdichterprüfstand experimentell untersucht. Optische Messverfahren und zeitauflösende Sensoren und Messsysteme ergänzen die klassische Messtechnik. Alle Systeme müssen an die extremen Bedingungen wie Druckverhältnis und Temperatur angepasst werden.

Die Luft gelangt durch ein Filtergehäuse, ein Venturirohr und einen Strömungsgleichrichter in das System. Im Laufrad wird sie aufgrund der hohen Drehzahl mit einer erheblichen kinetischen Energie angereichert, die im nachfolgenden Diffusor in Druckenergie umgewandelt wird. Durch die stufenlos verstellbare Drossel in der Austrittsstrecke können die gewünschten Druckverhältnisse und Massenströme präzise eingestellt werden. Die bis zu 230°C heiße Luft tritt abschließend über einen Schalldämpfer am Ende der Austrittsstrecke in die Umgebung aus.

Für die Ermittlung des Kennfelds werden die Totaldrücke und Totaltemperaturen vor und nach der Stufe sowie der Massenstrom und die Drehzahl gemessen. Der Massenstrom wird mithilfe des Venturirohrs in der Ansaugstrecke bestimmt. Neben der Drehzahlmessung durch einen Tachogenerator am Motor kann die Drehzahl auch durch verschiedene Triggersignale an der Verdichterwelle erfasst werden. Die Messung der Totaltemperatur vor dem Verdichter erfolgt in der Zulaufleitung mit einem Durchmesser von 500 mm. Hinter dem Verdichter werden die Totaltemperaturen mithilfe von vier Sonden in der Druckleitung und zwei weiteren Sonden im Sammelraum erfasst. Entlang der äußeren Kontur des Laufrades sind statische Druckmessbohrungen angebracht, die den Druckaufbau vom Eintritt des Rads bis zum Austritt des Diffusors verfolgen.

Zusätzlich zu diesen herkömmlichen Messtechniken kommen verschiedene optische Messverfahren zum Einsatz, darunter Laser-Zwei-Focus Velocimetry , 2D- und 3D-Particle Image Velocimetry sowie Doppler Global Velocimetry.

Um detaillierte Einblicke in aerodynamische Schallentstehungsmechanismen und die Geräuscheigenschaften von Radialverdichtern zu gewinnen, werden Akustikmessungen durchgeführt. Dies erfordert spezielle Einrichtungen wie einen reflexionsarmen Kanal sowie einen Drehkanal in der Ansaugstrecke, der mit Mikrofonen ausgestattet ist.

Eigenschaften des Prüfstands

Technology Readiness Level 5-6

Detaillierte Strömungsfeld und Kennfeldmessung

Hohe Rotationsgeschwindigkeit

Erweiterung des Prüfstandes für mehrstufige Anwendungen in Planung

Forschungsthemen

Validierungstests an neuen Radialverdichter-Impellern

Untersuchungen von: Spiralgehäuse, U-Turn, Diffusor-Designs einschließlich Diffusorbeschaufelung

Detaillierte Strömungs- und Kennfeld-Messungen zur CFD-Validierung

Untersuchung von Wechselwirkungseffekten zwischen Stufen, Untersuchung von axial-radialen Konfigurationen

Messtechnik

Particle Image Velocimetry (PIV)

Laser-Zwei-Focus Velocimetry (L2F)

Hitzdraht Anenometrie (HW)

Technische Daten

  

Antriebskraft

max. 2 x 750 kW

Rotationsgeschwindigkeit

max. 60.000 min-1

Stufendruckverhältnis

6:1

Massenstrom

max. 3.5 kg/s

Verdichter-Ausgangstemperatur

max. 230 °C

Rotor Außendurchmesser

max. 225 mm

Sufe Außendurchmesser

max. 460 mm

Spitzengeschwindigkeit

max. 580 m/s