Forschungslabor Hightech-Prozessverdichter

Betreuer: Dipl.-Ing. Holger Franz & Dipl.-Ing. Christoph Rube & Dipl.-Ing. Matthias Wedeking

Zielsetzung

Im Rahmen des Forschungsvorhabens sollen sowohl numerische als auch experimentelle Untersuchungen an einem Radialverdichter mit Rückführkanal durchgeführt werden. Diese Geometrie stellt die Bauweise einer Stufe eines mehrstufigen, einwelligen Prozessgasverdichters dar.

Der Wirkungsgrad von Radialverdichterstufen ist heute bereits auf einem sehr hohen Niveau, wohingegen der Rückführkanal noch immer relativ hohe Strömungsverluste generiert. Aufgrund des großen Anwendungsbereiches von Prozessgasverdichtern und den enormen Antriebsleistungen birgt die Optimierung dieser Maschinen ein großes Energiesparpotential.

Mit dem Ziel den Wirkungsgrad von mehrstufigen Prozessgasverdichtern weiter zu steigern, soll die komplexe dreidimensionale Strömung besonders im Rückführkanal der Stufe untersucht werden. Nach genauer Analyse der Strömungsphänomene sollen Verbesserungspotentiale aufgezeigt und Maßnahmen entwickeln werden um den Gesamtwirkungsgrad der Stufe zu optimieren.

Vorgehensweise

Zur experimentellen Untersuchung wird ein neuer Prüfstand aufgebaut, in dem ein Versuchsimpeller samt Rückführkanal betrieben werden kann. Der Prüfstand ermöglicht anhand verschiedenster Messtechniken detaillierte Einblicke in die Strömung sowohl vor dem Impeller als auch im Rückführkanal. Zum Einsatz kommen hier neben stationären und instationären Druckmesssonden ebenfalls das Hitzdrahtverfahren zur Untersuchung des Turbulenzgrades sowie optische Messverfahren wie die Laser-Doppler-Anemometrie.

Neben den experimentellen Arbeiten wird die Strömung ebenfalls durch numerische Simulationsprogramme (CFD - Computational Fluid Dynamics) nachgebildet. Hier findet der Strömungslöser TRACE des DLR Anwendung. Durch die kombinierte Vorgehensweise kann zunächst das Simulationsergebnis anhand der Messungen validiert werden. Desweiteren ermöglicht die Simulation Einblicke in Bereiche, welche mit der experimentellen Arbeit nicht untersucht werden können.

Variantenrechnungen der Ausgangsgeometrie werden zunächst simuliert und auf Ihr Verbesserungspotential hin untersucht, bevor Sie am Prüfstand vermessen werden. So kann eine ganzheitliche Untersuchung und eine schnelle und zielgerichtete Optimierung sichergestellt werden.

Projektpartner

Das Projekt wird im Rahmen der Hightech.NRW Initiative des Landes gefördert. Industriepartner sind die MAN Diesel & Turbo SE Oberhausen sowie das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) Köln.