Aufbau eines Gleichdruck-Turbinengitters aus Profilen 85B45 und Messung der Abströmung

Abstract

Um bei Turbomaschinen axialer Bauart eine Untersuchung von deren Strömungsproblemen zu gewährleisten, werden im vereinfachten Fall sogenannte Schaufelgitter verwendet. Diese entstehen durch die Abwicklung eines koaxialen Zylinderschnitts durch das Leit- und Laufrad. Am Institut für Energietechnik und Thermodynamik der TU Wien stehen zylindrischer Profile 85B45 eines Gleichdruck-Turbinengitters mit einer Sehnenlänge von 85 mm zur Verfügung. Im Rahmen dieser Diplomarbeit wird ein Schaufelgitter, bestehend aus 13 x 85B45 Turbinenschaufeln und zwei Seitenwänden aus Plexiglas konstruiert und gefertigt. Bei der Konstruktion des Schaufelgitters werden strömungstechnische Rahmenbedingungen - wie das Einhalten eines möglichst geringen Profilverlustbeiwerts – und konstruktive Rahmenbedingungen des verwendeten Schaufelgitterwindkanals berücksichtigt. Das Schaufelgitter wird anschließend an der Messwiege des Windkanals montiert und einschließlich der Messtechnik in Betrieb genommen. Nach der Inbetriebsetzung wird die Abströmung des Schaufelgitters mittels einer pneumatischen Dreilochsonde und einer 1D-Hitzdrahtsonde vermessen und die Auswertungsergebnisse der Abströmung verschiedener Schaufelpositionen miteinander verglichen. Mithilfe der pneumatischen Dreilochsonde wurde in der Messebene der jeweiligen Schaufelgitterteilungen der lokale statische Druck, Totaldruck, die Abströmungsgeschwindigkeit und der Abströmungswinkel bestimmt. Mit der 1D Hitzdrahtsonde konnte ebenfalls die lokale Abströmungsgeschwindigkeit und zusätzlich der Turbulenzgrad der Abströmung bestimmt werden. Zusätzlich wurde die Profilreynoldszahl, die Sondenreynoldszahl der Dreilochsonde,der Profilverlustbeiwert sowie das Axialstromdichteverhältnis (AVDR) des Schaufelgitters bestimmt.

In the simplest case, so-called linear cascades are used to investigate flow problems in turbomachinery of the axial type. These arise from the development of a coaxial cylinder section through the guide vanes and impeller. At the Institute for Energy Technology and Thermodynamics at the Vienna University of Technology, cylindrical profiles 85B45 of an impulse turbine with a chord length of 85 mm are available. As part of this diploma thesis, a cascade consisting of 13 x 85B45 turbine blades and two side walls made of Plexiglas is designed and manufactured. When designing the cascade, the flow-related framework conditions - such as maintaining the lowest possible profile loss coefficient - and the structural framework conditions of the cascade wind tunnel used are considered. The cascade is then mounted on the measuring cradle of the wind tunnel and put into operation, including the measurement technology. After commissioning, the outflow from the cascade is measured by means of a pneumatic three-hole probe and a 1D hot wire probe, and the results of the outflow evaluation from various vane positions are compared with one another.With the help of the pneumatic three-hole probe, the local static pressure, totalpressure, the outflow velocity and the outflow angle were determined in the measuring plane of the respective cascade divisions. With the 1D hot wire probe, the local outflow velocity and the turbulence intensity of outflow could be determined. In addition, the profile Reynolds number, the probe Reynolds number of the three-hole probe, the profile loss coefficient and the axial velocity density ratio (AVDR) of the cascade were determined.