Gasmengenversuchsstand

Der Gasmengenversuchsstand des Lehrstuhls für Fluidtechnik lässt sich vielseitig zur Untersuchung unterschiedlicher, stationärer sowie instationärer Fragestellungen aus dem Bereich der Strömungstechnik einsetzen. Um dieses zu ermöglichen wurde bereits bei der Planung und Konzeptionierung des Versuchsstandes auf eine nachhaltige Variabilität geachtet.

Der Closed-Loop-Versuchsstand besteht aus einer Antriebseinheit, einer Druckregelung und einem Wärmeübertrager zur Realisierung gleichbleibender Betriebsbedingungen, einer anschließenden Messstrecke zur Bestimmung des durchgesetzten Volumenstroms und einem eigens konstruierten Pulsationsgenerator mit nachfolgender Untersuchungs-Messstrecke. Die Untersuchungs-Messstrecke hat eine Nennweite von DN 200 und es lassen sich mit dem momentan installierten Antriebsmaschinen Betriebsvolumenströme von bis zu 1800 m³/h bei Atmosphärendruck sowie bis zu 400 m³/h bei absoluten Betriebsdrücken von bis zu 8 bar in der Messstrecke realisieren. Erweiterungen des Betriebsbereichs hinsichtlich des Anlagendrucks und des Fördervolumenstroms sind in Anlehnung an zukünftige Forschungsvorhaben möglich.

Die Ausführungsformen und Besonderheiten der einzelnen Komponenten und Baugruppen werden nachfolgend erläutert.

Antrieb
Die Antriebseinheit bildet momentan ein Schraubenkompressor mit einer maximalen Antriebsleistung von 100 kW sowie ein Drehkolbengebläse mit maximal 75 kW. Um die Beeinflussung der maschinentypischen Pulsationen auf die Messstrecke zu minimieren sind sowohl saug- als auch druckseitig pulsationsdämpfende Behälter installiert. Des Weiteren ermöglicht es die saug- und druckseitige Sammelleitung insgesamt bis zu vier Verdränger- oder Strömungsmaschinen als Antriebseinheit separat oder parallel zu betreiben. Die Auswahl und Installation weiterer Maschinen erfolgt in Abhängigkeit der geplanten Forschungsvorhaben.
p-T-Regelung
Um Untersuchungen bei unterschiedlichen Druckniveaus durchzuführen, lässt sich der Kreislauf mithilfe eines zweistufigen NEA-Kolbenverdichters statisch aufladen. Neben der Druckregelung wird das Temperaturniveau mithilfe eines Gegenstromwärmeübertragers ebenfalls geregelt. Dieser ist in Rohrbündelbauweise ausgeführt und wird durch eine Kühlwasserpumpe mit Kühlwasser aus einem separaten Wassertank versorgt. Die zentrale Regelung über die Messwarte ermöglicht es, während einzelner Versuchsreihen gleichbleibende Betriebsbedingungen zu erzielen.
Volumenstrommessung
Zur Erfassung des Betriebsvolumenstroms sind zwei parallele Referenzmessstrecken in den Förderkreislauf integriert. Zum aktuellen Zeitpunkt erfolgt die Volumenstrommessung mithilfe eines Ultraschallzählers, parallel dazu soll in die Reserveschiene noch ein Turbinenradzähler installiert werden. Zur Umrechnung auf den Normvolumenstrom werden Drücke und Temperaturen an den Zählern erfasst.
Rohrleitungssystem
Das Rohrleitungssystem wurde mit einer Nennweite von DN 200 ausgeführt. Lediglich vereinzelte Abzweigungen wie bspw. die Referenzmessstrecke oder die Maschinenanschlüsse an die Sammelleitungen besitzen geringfügig abweichende Nennweiten. Zudem ist die Rohrleitung sowie sämtliche Behälter und Anbauteile für einen maximalen Nenndruck von 16 bar (PN 16) ausgelegt und zugelassen.

Neben den betriebsnotwendigen und regelungstechnischen Baugruppen stellen insbesondere der Pulsationsgenerator sowie die Untersuchungs-Messstrecke und die dazugehörige Messtechnik den Forschungsbereich des Versuchsstandes dar.

Pulsationsgenerator
Der Pulsationsgenerator besteht aus einem als Pulsationsdämpfer fungierenden Behälter, welcher die Ausbreitung der zu erzeugenden Pulsationen auf die Referenzmessstrecke unterbinden soll. Am Austrittsflansch des Behälters auf Seite der Messstrecke befinden sich zwei segmentierte Blenden. Von denen eine fixiert ist und die andere über einen Schrittmotor rotatorisch angetrieben wird. Aufgrund der sich daraus ergebenden, variierenden Auslassgeometrien kann ein instationäres Strömungsfeld erzeugt werden.
Messstrecke
In der insgesamt 18 m langen Messstrecke lassen sich unterschiedliche Untersuchungsobjekte installieren und erforschen. Zur detaillierten Untersuchung unterschiedlicher strömungstechnischer Effekte besitzt die Messstrecke zahlreiche Messstutzen zur Platzierung unterschiedlichster Sensoren.
Messtechnik
Neben den standardgemäß erfassten Messgrößen wie Druck, Temperatur und Volumenstrom können unter Anderem lokale Strömungsgeschwindigkeiten innerhalb der druckbeaufschlagten Rohrleitung mithilfe der Hitzdrahtmesstechnik zeitlich hochauflösend erfasst werden. Für detaillierte Untersuchungen des Strömungsprofils innerhalb der Rohrleitung wird hierzu eine sogenannte Sondenverfahreinheit eingesetzt, die es ermöglicht, das Geschwindigkeitsprofil über dem Rohrleitungsquerschnitt dreidimensional zu erfassen. Zusätzlich ist die Anschaffung einer Fast Response Fünfloch-Staudrucksonde in Vorbereitung.