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Dampfkreislauf

Der Wasserdampfkreislauf am Fachgebiet Fluidtechnik der TU Dortmund wird zur Untersuchung und Vermessung von Expansionsmaschinen im Clausius-Rankine-Kreisprozess eingesetzt. Der Versuchsstand besteht im Wesentlichen aus Komponenten zur Dampferzeugung und Kondensation, Abbildung 1, sowie aus einem Prüfstand für die Untersuchung und Vermessung von Expansionsmaschinen, Abbildung 2. Das Arbeitsprinzip entspricht einem einfachen Clausius-Rankine-Prozess. In einem Speisewassermodul wird Wasser chemisch und thermisch aufbereitet und anschließend über eine Speisepumpe in einen gasgefeuerten Dampferzeuger gefördert und dort verdampft. Optional kann der so erzeugte Sattdampf noch in einem elektrischen Strömungserhitzer überhitzt werden. Über eine druckseitige Regelstrecke wird der Dampf zum Expanderprüfstand geleitet und dort in der Expansionsmaschine entspannt. Über einen Bypass um den Expander kann der Massenstrom reguliert werden. Der entspannte Abdampf wird in einem Rohrbündel-Wärmetauscher kondensiert und in einen Sammelbehälter geleitet. Eine Kondensatpumpe fördert das Kondensat schließlich zurück in den Speisewasserbehälter. Die Kondensationsabwärme wird über einen Kühlkreislauf an Tischkühler geleitet und dort an die Umgebung abgegeben. Der Expanderprüfstand ist zur Untersuchung der Expansionsmaschine in definierten Betriebspunkten mit umfassender Mess- und Regelungstechnik ausgestattet. Die Steuerung und Überwachung der Anlage, Messwerterfassung sowie -verarbeitung erfolgt an einem ausgelagerten Bedienstand.

  • Dampferzeugung
    Die thermische Leistung der Anlage beträgt etwa 330 kW (300 kW Feuerungsleistung, 30 kW elektrische Überhitzung). Es kann Sattdampf oder überhitzter Dampf im Druckbereich bis ca. 10 bar erzeugt werden, wobei die maximale Überhitzung am Expandereintritt ca. 50 K beträgt. Der maximale erzeugbare Dampfmassenstrom am Expanderprüfstand beträgt ca. 0,1 kg/s.
  • Messtechnik
    Der Dampfkreislauf ist mit mehreren Messstellen versehen, an denen Druck und Temperatur des Arbeitsfluides ermittelt werden. Die Temperaturerfassung erfolgt mit Hilfe von Mantelthermoelementen, Drücke werden mittels piezoresistiver Relativdruckaufnehmer gemessen. Der Heißdampfmassenstrom wird unmittelbar vor dem Eintritt in den Expander mit einem Coriolis-Massenstromsensor bestimmt. Zusätzlich ist ein Magnetisch-Induktiver-Durchflusssensor zur Messung des kondensierten Dampfstroms vorhanden. Das gewandelte Drehmoment der Expansionsmaschine sowie die Drehzahl werden mit einem Drehmomentsensor erfasst. Alle Messdaten werden in einem zentralen Messsystem erfasst, verarbeitet und gespeichert.
  • Regelungstechnik
    Zur Einstellung konstanter Anlagen- und Expanderbetriebspunkte sind diverse Regelungseinrichtungen vorhanden. Durch fernbetätigte Motorventile im Hochdruckteil der Anlage und im Expanderbypass sowie durch eine Kesselsteuerung lassen sich konstante Drücke im Einlass der Expansionsmaschine einstellen. Eine konstante Eintrittstemperatur wird im Fall einer Überhitzung über eine Regelung des elektrischen Strömungserhitzers realisiert. Die Drehzahl der Expansionsmaschine wird mit einer geregelten Wirbelstrombremse konstant gehalten.
Abbildung 1: Dampfkreislauf: 1: Speisewassermodul, 2: gasbefeuerter Dampferzeuger mit integrierter Speisepumpe, 3: elektrischer Überhitzer, 4: Kondensator und Sammelbehälter, 5: Kühlkreislauf für Kondensator
Abbildung 2: Expanderversuchsstand: 1: Coriolis-Massenstromsensor, 2: Schraubenexpander mit Druck- und Temperaturmessstellen, 3: Drehmomentsensor, 4: Wirbelstrombremse

Förderung

Bundesministerium für Wirtschaft und Energie

Anfahrt & Lageplan

Der Campus der Technischen Universität Dortmund liegt in der Nähe des Autobahnkreuzes Dortmund West, wo die Sauerlandlinie A45 den Ruhrschnellweg B1/A40 kreuzt. Die Abfahrt Dortmund-Eichlinghofen auf der A45 führt zum Campus Süd, die Abfahrt Dortmund-Dorstfeld auf der A40 zum Campus-Nord. An beiden Ausfahrten ist die Universität ausgeschildert.

Direkt auf dem Campus Nord befindet sich die S-Bahn-Station „Dortmund Universität“. Von dort fährt die S-Bahn-Linie S1 im 15- oder 30-Minuten-Takt zum Hauptbahnhof Dortmund und in der Gegenrichtung zum Hauptbahnhof Düsseldorf über Bochum, Essen und Duisburg. Außerdem ist die Universität mit den Buslinien 445, 447 und 462 zu erreichen. Eine Fahrplanauskunft findet sich auf der Homepage des Verkehrsverbundes Rhein-Ruhr, außerdem bieten die DSW21 einen interaktiven Liniennetzplan an.
 

Zu den Wahrzeichen der TU Dortmund gehört die H-Bahn. Linie 1 verkehrt im 10-Minuten-Takt zwischen Dortmund Eichlinghofen und dem Technologiezentrum über Campus Süd und Dortmund Universität S, Linie 2 pendelt im 5-Minuten-Takt zwischen Campus Nord und Campus Süd. Diese Strecke legt sie in zwei Minuten zurück.

Vom Flughafen Dortmund aus gelangt man mit dem AirportExpress innerhalb von gut 20 Minuten zum Dortmunder Hauptbahnhof und von dort mit der S-Bahn zur Universität. Ein größeres Angebot an internationalen Flugverbindungen bietet der etwa 60 Kilometer entfernte Flughafen Düsseldorf, der direkt mit der S-Bahn vom Bahnhof der Universität zu erreichen ist.

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