Berechnung der Überdrehzahl einer axialen Versuchsturbine bei Lastabwurf

Abstract

Im Zuge einer Neuinstallation aller Prüfstände in den neuen Laborräumlichkeiten am Standort SCArsenal soll neben den bereits vorhandenen Prüfständen für Thermische Turbomaschinen am Institut für Energietechnik und Thermodynamik der TU Wien auch der vorhandene, jedoch nicht aktive Kaltluftturbinenprüfstand aktiviert werden. Dabei handelt es sich um eine 1 1/2-stufge Versuchsturbine mit einer Leistung von 10 kW bei einer Drehzahl von 3000 U/min. Die Turbine arbeitet im Saugbetrieb und soll zukünftig durch das am Institut vorhandene Radialgebläse SGP HR 40/40 angetrieben werden. Die von der Turbine abgegebene Leistung wird durch eine Wirbelstrombremse aufgenommen. Diese Arbeit soll Auskunft darüber geben, ob am geplanten Luftturbinenprüfstand eine Sicherheitseinrichtung vorgesehen werden muss, die ein Überschreiten der maximal zulässigen Turbinendrehzahl nach Ausfall der Bremse verhindert. Dazu wurden Auslaufmessungen am Gebläse bei unterschiedlichen Drehzahlen durchgeführt und anschließend anhand der gewonnenen Daten eine Überdrehzahl des Turbinenrotors für zwei verschiedene Gebläseantriebe errechnet. Im Zuge dessen wurden auch die Massenträgheitsmomente des Antriebsstranges und der Turbine, sowie der Druckverlust in der Rohrleitung ermittelt. Die gewonnenen Ergebnisse sollen auch als Basis für die am geplanten Prüfstand notwendigen Dimensionen der Rohrleitungen und Sicherheitseinrichtungen dienen.

In the course of installing all test stands in the new lab space SC-Arsenal, in addition to the already existing test stands for thermal turbomachinery at the Institute for Energy Systems and Thermodynamics at TU Wien, the cold-air turbine test stand had to be activated. The turbine, which functions in suction-operation mode with a power output of 10 kilowatts at a rotational speed of 3000 rpm will be powered by the existing centrifugal blower, with exceeding turbine output absorbed by an eddy-current brake. This thesis provides evidence on whether the planned air turbine test infrastructure must be equipped with a safety device that prevents excessive turbine speed after the failure of the brake. As such, deceleration measurements were conducted on the blower at different rotational speeds in order to use the obtained data to calculate the overspeed of the turbine rotor for two different blower drive motors. As a result, mass moments of inertia of the drive train, the turbine and pressure loss in the pipe were determined. The outcome will serve as a basis for the necessary dimensioning of pipes and safety devices of the planned test stand.