Titelaufnahme

Titel
Strömungstechnische Nachrechnung eines Luftturbinenprüfstandes / von Slaven Ilić
VerfasserIlić, Slaven
Begutachter / BegutachterinWillinger, Reinhard
Erschienen2011
UmfangVII, 60, XIII Bl. : Ill., graph. Darst.
HochschulschriftWien, Techn. Univ., Dipl.-Arb., 2011
Anmerkung
Zsfassung in engl. Sprache
SpracheDeutsch
DokumenttypDiplomarbeit
Schlagwörter (DE)Luftturbinenprüfstand / Kaltluftturbine / Auslegungsberechnung / Nachrechnung / Luftversorgung / Wirbelstrombremse / Strömungstechnik / Durchflussmessung
Schlagwörter (EN)air turbine test rig / cold air turbine / design calculation / recalculation / air supply / eddy current break / fluid dynamics / flow measurement
URNurn:nbn:at:at-ubtuw:1-55421 Persistent Identifier (URN)
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Strömungstechnische Nachrechnung eines Luftturbinenprüfstandes [16.56 mb]
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Zusammenfassung (Deutsch)

Das Ziel dieser Diplomarbeit war es, einen ersten Schritt in Richtung Aktivierung der institutseigenen 1 1/2-stufigen Kaltluftturbine, im Saugbetrieb arbeitend und von einem SGP-Gebläse mit einer Leistung von 165 kW angetrieben, zu machen. Die Turbine wurde aller Voraussicht nach in den 60er Jahren angeschafft und ein eventueller früherer Betrieb ist nicht dokumentiert. Da die Turbine zu Forschungszwecken verwendet werden soll, soll in nächster Zukunft Schritt für Schritt die Inbetriebnahme der Turbine erfolgen.

Der Schwerpunkt dieser Diplomarbeit bildet die Nachrechnung der Kaltluftturbine und die Bewertung der Luftversorgung. Weiters wurde eine passende Wirbelstrombremse ausgewählt und die Durchflussmessung mittels geeignetem Drosselgerät realisiert. Da der Standort des gesamten Labors des Institutes verlegt wird, war in weiterer Folge ein Aufstellungsplan auszuarbeiten, um den Platzbedarf zu ermitteln.

Für die Nachrechnung der Turbine war es zu aller erst erforderlich, die Schaufelreihen zu demontieren und das Profil der Schaufeln auf Millimeterpapier zu übertragen. Mit dem CAD-Programm CATIA wurden die Profile gezeichnet um dann durch einen Schnitt bei mittlerer Teilung den abgewickelten Zylinderschnitt zu erhalten, aus dem die Ein- und Austrittswinkel herausgelesen werden konnten. Mit den erhaltenen Strömungswinkeln wurde über die [lambda], [phi]-Charakteristik derVolumenstrom ermittelt und in weiterer Folge die Nachrechnung der Turbine durchgeführt.

Als Auslegungspunkt wurde jener Punkt herangezogen, wo die wenigsten Verluste erwartet werden. Dies war bei einem relativen Laufradeintrittswinkel von [beta tief 1] =50 der Fall. Der Umfangswirkungsgrad in diesem Punkt beträgt [eta tief u] = 0,9 und die Umfangsleistung [P tief u] = 9,569 kW. Die Drehzahl der Turbine wurde am Beginn der Diplomarbeit mit n = 3000 U/min festgelegt. Der Leitgitterwirkungsgrad beträgt [eta hoch '] = 0,914 , der Laufgitterwirkungsgrad [eta hoch ''] = 0,878. Es wurde festgestellt, dass die Luftversorgung über das SGP Gebläse, welches eine maximale Drehzahl von 10000 U/min hat, vollkommen ausreicht.

Als neue Leistungsbremse wurde die Wirbelstrombremse EDDY>TEC 2101 /40 der Firma Technogerma ausgewählt, mit der ein zufriedenstellender Betrieb möglich sein sollte. Auf sachgemäße Handhabung und Instandhaltung der Wirbelstrombremse wurde nicht näher eingegangen.

Für die Durchflussmessung wurde zugunsten eines Venturirohres entschieden. Die viel geringeren Einlauflängen sowie die gegenüber Blenden kleineren Druckverluste sprechen für den Einsatz eines Venturirohres.

Zusammenfassung (Englisch)

The aim of this thesis is the modernization or activation of the air turbine plant of the institute of energy systems and thermodynamics.

The turbine will be used for research purposes after its activation at the Technical University of Vienna. As a possible previous operation of the air turbine is not documented and for there are very outdated documents (some dating from the late 60's), the author has the aim to measure the stator and rotor blades, and then, given by the input and exit angles, to construe or recalculate the air turbine from the ground up.

It's a question of an 1.5 stage cold air turbine which, because of missing components is not in operation. Among the things, the cold air turbine lacks of an eddy current brake, converter unit, quantity orifice, piping, flow conditioner, air filter, silencer, control and measurement instruments.

For quite some time a new method for reducing the tip leakage losses is studied intensively in axial turbine stages at the institute: "passive injection". First experimental results in the linear cascade wind tunnel show that, especially for small gap widths, significant efficiency gains can be expected. To improve the reliability of the results, it should be investigated in further knock-on effects such as rotation or influence the relative motion between blade and side wall. To this end, the existing air turbine test facility at the institute is going to be operated and modernized. As part of this thesis first preparations will be made to do so.

The thesis includes the fluid dynamic recalculation of the air turbine and the evaluation of the existing air supply. Further steps are the selection of a suitable eddy current brake and the selection of pressure differential devices for the measurement of fluid flow. Finally, a rough layout plan is developed to determine the required space of the entire system.

I hope this thesis will have a positive effect on teaching and research of the Vienna University of Technology.