Niedergeschwindigkeits-Axialverdichterprüfstand FRANCC
Der Niedergeschwindigkeits-Axialverdichterprüfstand FRANCC (Fundamental Research and New Concepts Compressor) ist ein seit 2020 am Lehrstuhl für Turbomaschinen und Flugantriebe aufgebauter Prüfstand, der speziell auf die Untersuchung von neuartigen Beschaufelungskonzepten ausgelegt ist. Der Prüfstand verfügt über die folgenden Eckparameter:
- Stufenzahl: 3 + Vorleitrad (IGV)
- Schaufelzahl IGV-Rotor-Stator: 40-40-40
- Nabenradius / Gehäuseradius: 440 mm / 550 mm
- Drehzahl: 0…1800 1/min
- Massenstrom: 0…22 kg/s
- Antrieb: Drehzahlgeregelte Drehstrom-Asynchronmaschine mit 315 kW
- 7 Traversierebenen in r-phi-Richtung
Der Erstlauf des Verdichters erfolgte am 06.12.2021. Am 02.03.2022 wurde zudem zum ersten Mal die Auslegungsdrehzahl erreicht.
Beschreibung der Anlage
Für eine größtmögliche Umfangsgleichförmigkeit sowie eine gute Zugänglichkeit ist die Maschinenachse vertikal angeordnet, die Maschine wird von oben nach unten durchströmt. Es stehen zwei austauschbare Lagerungskonzepte zur Verfügung, eine konventionelle robuste Wälzlagerung sowie eine besonders reibungsarme Luftlagerung. Letztere eignet sich besonders für präzise Wirkungsgraduntersuchungen. Die Abbildung 1 zeigt den Aufbau des Prüfstandes.
Zur Variation der Reynoldszahl kann der Eintrittsdruck des Verdichters über eine Drossel bis auf 250 mbar abgesenkt werden. Dafür wird die Eintrittsdüse, welche für den atmosphärischen Betrieb vorgesehen ist, gegen die Eintrittsdrossel ausgetauscht. Da der Forschungsverdichter für den subatmosphärischen Betrieb über ein zu geringes Druckverhältnis verfügt, sorgt in diesem Fall ein nachgeschalteter Hilfsverdichter für den Wiederaufbau des Drucks auf Umgebungsdruck. Die folgende Abbildung zeigt schematisch die Luftführung des Prüfstands für atmosphärischen und subatmosphärischen Betrieb.
Instrumentierung und Messtechnik
Für die Untersuchungen der Schaufelströmung wird primär auf Druckinstrumentierung zurückgegriffen. Zur Erfassung der Ein- und Austrittsbedingungen und damit Bestimmung des integralen Verdichterbetriebspunktes werden Messrechen mit je 11 radialen Messstellen eingesetzt. In jeder Verdichterstufe werden die statischen Wanddrücke sowie die Totaldrücke an den Statorvorderkanten gemessen. Instationäre Drucksensoren in der Gehäusewandung dienen zur Erfassung des Rotordruckprofils sowie der Erkennung von Strömungsabrissen im Verdichter. Detaillierte Untersuchungen des Strömungsprofils erfolgen über Strömungssonden, die in den Traviersiereinrichtungen hinter jeder Schaufelreihe in der r-phi-Ebene bewegt werden können.
Am Prüfstand steht die folgende messtechnische Ausstattung zur Verfügung:
- 304 Relativdruck-Messkanäle (±25 mbar, ±68/75 mbar)
- Barometer und Absolutdrucksensor 0…1 bar als absolute Referenzen
- Bis zu drei Referenzebenen für die Relativdrucksensoren durch hochgenaue Referenzsensoren
- 2* je 10 Messkanäle für Pt100-Messfühler in 4-Leiter-Schaltung oder 20 Thermoelemente
- Globale Massenstrommessung im Abluftsystem
- Drehmomentmessung mit zwei simultan erfassen Messbereichen für hohe Messgenauigkeit
- Drehzahlmessung über induktiven Sensor
- 3C-2D Stereo PIV-System
Anwendungen
Der Forschungsverdichter wird für die experimentellen Untersuchungen in den folgenden Forschungsprojekten eingesetzt:
- Instationäre Tandemströmung (Detaillierte Informationen finden Sie hier)
- DRIVER (Detaillierte Informationen finden Sie hier)
Projektpartner
Der Aufbau des Prüfstandes wird durch einen bewilligten Großgeräteantrag bei der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) und durch die Forschungsvereinigung Verbrennungskraftmaschinen e.V. (FVV) ermöglicht.
