Heißluftversuchsstand mit Wassereinspritzung

Der Heißluftversuchsstand am Fachgebiet Fluidtechnik der TU Dortmund wird zur Untersuchung und Vermessung unterschiedlicher Bauarten von Expansionsmaschinen im offenen Joule-Prozess einsetzen. Der Schwerpunkt wird hierbei auf die Untersuchung und Kennfelderfassung von Schraubenexpandern gelegt.

Zu den Bestandteilen des Versuchsstands gehören eine Kompressoreinheit, ein Strömungserhitzer, eine Wirbelstrombremse sowie elektrisch gesteuerte Regelventile, die zur Einstellung von konstanten Betriebszuständen installiert sind. Des Weiteren werden verschiedene Sensoren zur Erfassung von Temperatur, Druck, Massendurchsatz, Drehzahl und Drehmoment eingesetzt. Mit Hilfe der Kompressoreinheit lassen sich an der Versuchsmaschine abhängig vom Luftmassenstrom absolute Eintrittsdrücke von bis zu 10 bar realisieren. Des Weiteren sind Rohrleitungen, Behälter und Anlagenteile für einen maximalen Nenndruck von 16 bar (PN 16) ausgelegt. Ein separater Wasserkreislauf dient der Flüssigkeitseinspritzung in die Heißluftrohrleitung oder in die Versuchsmaschine während des Betriebs.

Nachfolgend werden die Spezifikationen der einzelnen Komponenten des Heißluftversuchsstandes genauer erläutert.

• Kompressoreinheit
  Bei der installierten Kompressoreinheit handelt es sich um eine Parallelschaltung von zwei Kompressoren. Diese saugen Luft aus der Umgebung an und speisen die komprimierte Luft anschließend in einen Druckbehälter ein. Falls ein höherer Anlagendruck realisiert werden soll, können zusätzliche Kompressoren angeschlossen werden.

• Messtechnik
  Der Heißluftversuchsstand verfügt über mehrere Messstellen, an denen der Druck bzw. die Temperatur des Fluids gemessen werden. Die Temperaturmessung erfolgt dabei mit Hilfe von Mantelthermoelementen, welche die Messung von Medientemperaturen bis zu 400°C ermöglichen. Die Erfassung des Drucks erfolgt mittels piezoresistiver Relativdrucksensoren. Zur Aufnahme des erzeugten Drehmomentes und der Drehzahl der Versuchsmaschine ist eine Drehmomentmesswelle vorgesehen. Zusätzlich kann die Drehzahl durch einen optischen, inkrementellen Sensor erfasst werden. Der Massendurchsatz der Versuchsmaschine wird mit Hilfe eines Coriolis-Massendurchflussmessgeräts ermittelt.

• Regelungstechnik
  Um die Einstellung von konstanten Betriebspunkten für die Versuchsmaschine realisieren zu können, sind mehrere Regelungseinrichtungen vorgesehen. Mit Hilfe eines fernbetätigten Bypass-Ventils und einer Wirbelstrombremse wird ein  konstanter Druck am Eintritt der Versuchsmaschine sowie eine konstante Drehzahl realisiert. Zur Einstellung von unterschiedlichen Lufttemperaturen am Eintritt der Versuchsmaschine ist ein elektrischer Strömungserhitzer mit einer maximalen Heizleistung von 21 kW im Luftkreislauf installiert.

• Wasserkreislauf
  Mit Hilfe des installierten Wasserkreislaufs wird die Flüssigkeitseinspritzung in die Heißluftrohrleitung oder in die Versuchsmaschine während des Betriebs ermöglicht. Der Wasserkreislauf wird aus einem mit Druckluft beaufschlagten Wasserdruckbehälter versorgt, wobei das Druckniveau durch einen Druckluftkompressor aufrecht erhalten wird. Mittels eines Durchlaufspeichers lässt sich das einzudüsende Wasser auf bis zu 85°C erwärmen, ohne dass die Flüssigkeit verdampft. Der Wasserdurchfluss wird mittels eines fernbetätigten Regelventils eingestellt und mit Hilfe eines magnetisch induktiven Durchflussmessgeräts erfasst.