Prozessgas-Radialverdichter
Im Rahmen einer EFRE-Förderung (Europäischer Fonds für regionale Entwicklung), die das Ziel „Regionale Wettbewerbsfähigkeit und Beschäftigung verfolgte, wurde zwischen 2007 und 2013 ein neuer Radialverdichterprüfstand aufgebaut und in Betrieb genommen. Dieser dient der detaillierten Untersuchung der komplexen Strömungsvorgänge, die in radialen Prozessgasverdichtern mit Rückführstufe auftreten.
Aufbau
Der Prüfstand befindet sich in der Maschinenhalle des IST und wird in einem geschlossenen Kreislauf betrieben. Im Eintrittsbereich wird die Strömung zuerst durch ein Hosenrohr gelenkt und anschließend durch zwei Einläufe der Verdichterstufe radial zugeführt. Die Eintrittstemperatur wird dabei über einen Kühler gezielt eingestellt. Der Eintrittsdruck kann zwischen 0,3 bar und 2 bar variiert werden. Eine Einstellung des Betriebspunktes erfolgt über eine Drossel und einen Schieber, die sich stromab der Stufe befinden. Der Massenstrom wird mit Hilfe eines Venturirohrs gemessen.
Angetrieben wird der Verdichter von einer Asynchronmaschine mit einer maximalen Leistung von 1.600 kW und einem Drehzahlbereich von 150 – 1500 1/min. Die Leistung wird über ein Plantengetriebe auf die Verdichterwelle weitergegeben. Das Planetengetriebe besitzt ein Gesamtübersetzungsverhältnis von 1:12,7. Unter Berücksichtigung des verwendeten Getriebes ist so eine maximale Verdichterdrehzahl von 18.750 1/min möglich. Die Antriebsdrehzahl sowie das Drehmoment des Radialverdichters werden u. a. mit Hilfe einer Highspeed-Drehmomentmessnabe telemetrisch erfasst. Eine elastische Stahllamellenkupplung schließt die Verbindung zur Welle des Radialverdichters.
Zur weiteren Infrastruktur gehören u. a. eine Ölversorgungsanlage mit einem geregelten Öl-/Wasserkühler und einer Ölheizung. Diese Anlage gewährleistet die Schmierung des Planetengetriebes. Die Verdichterstufe selbst ist mit einer magnetischen berührungslosen Lagerung ausgestattet, um die aufgenommen Leistung möglichst genau bestimmen zu können. Das gesamte Antriebssystem sowie die Infrastruktur des Prüfstands werden von einer speicherprogrammierbaren Steuerung (SPS) gesteuert und überwacht. Diese kann auf Basis eines hohen Sicherheitsstandards durch Überwachung zahlreicher vorgegebener Kriterien Warnmeldungen ausgeben und den Verdichter automatisch betriebssicher stillsetzen.
Die Strömung wird der Radialverdichterstufe über zwei 180° Segmente zugeführt und anschließend radial nach innen gelenkt. Kurz vor dem Laufrad wird die Strömung wieder in die axiale Richtung zurückgelenkt, bevor anschließend durch das Laufrad die Totalenthalpieerhöhung umgesetzt wird. Das Laufrad liefert ein realistisches Abströmprofil, welches sich in dem anschließenden parallelwandigen Diffusor ausmischt. Die Strömung tritt anschließend in die 180°-Umlenkung der Rückführung ein. Die Rückführung selbst beinhaltet neben der 180°-Umlenkung noch eine beschaufelte Rückführpassage und eine abschließende 90°-Umlenkung. Danach schließt sich die axiale Abströmung der Stufe an.
Forschungszwecke
- Experimentelle Untersuchung der Strömung in Rückführungen von mehrstufigen Radialverdichtern
- Untersuchung unterschiedlicher Nabenverhältnisse
- Untersuchung verschiedener Reynoldszahlen
- Untersuchung verschiedener Diffusordurchmesserverhältnisse