Das Projekt "1.3.9 Erweiterung der Betriebsbereichsgrenzen von radialen Gasverdichtern für flexible Energiespeicheranwendungen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen University, Lehrstuhl und Institut für Kraftwerkstechnik, Dampf- und Gasturbinen durchgeführt. Das Vorhaben hat das Ziel, die Kennfeldbreite von Radialverdichtern zu verbessern und damit für die Anwendung mit zeitlich veränderlichen Betriebsbedingungen zu optimieren. Solche Anforderungen gewinnen zunehmend an Bedeutung, beispielsweise für Erdgas- und Wasserstoffsspeicher oder für Druckluftspeicherkraftwerke, die in der Lage sind, überschüssige regenerativ erzeugte elektrische Energie z.B. aus der Windkraft in Form von Druckluft zwischen zu speichern. Die wissenschaftliche Vorgehensweise im Projekt umfasst die aerodynamische Auslegung, numerische Analyse und die experimentelle Verifizierung von verbesserten Diffusorbeschaufelungen unter Anwendung von 3D-Gestaltungselementen. In der ersten Phase des Vorhabens wird ein Standard-Design experimentell und numerisch analysiert. Auf Grundlage dieser Ergebnisse werden in der zweiten Phase zwei optimierte Diffusor-Designs abgeleitet und ebenfalls experimentell untersucht. Als wesentliches Ergebnis der Forschungsarbeiten werden Erkenntnisse zur Auslegung und zur Anwendung modifizierter Diffusorbeschaufelungen zur Erweiterung des Betriebsbereichs von Radialverdichterstufen erwartet. Nach der Vermessung des Kennfeldes des Radialverdichters mit einem Basisdesigndiffusor wird der bestehende Prüfstand mit instationärer Messtechnik (Wanddrücke und traversierbare Sonden) aufgerüstet. Im Anschluss wird das Strömungsfeld im Basisdesigndiffusor nahe der Stabilitätsgrenze in mehreren Betriebspunkten vermessen. Anhand der Kennfeldmessungen wird das numerische Modell validiert und anschließend die Betriebspunkte nahe der Stabilitätsgrenze ebenfalls numerisch analysiert. Aus den experimentellen und numerischen Erkenntnissen werden Designänderungen für den Diffusor erarbeitet und umgesetzt. Die Designänderungen werden im Prüfstand nahe der Stabilitätsgrenze experimentell vermessen sowie numerisch analysiert. Aus diesen Ergebnissen erfolgt die Ableitung von Design Guidelines für Radialdiffusoren mit dem Ziel der Kennfeldverbreiterung.
Das Projekt "Experimentelle und numerische Auslegung und Untersuchung von modernen Diffusor-Beschaufelungen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von MAN Diesel & Turbo SE durchgeführt. Dieses Vorhaben wird im Rahmen des Verbundvorhabens COOREFLEX-turbo beantragt und soll zu einem sicheren und hocheffizienten Betrieb von Radialverdichtern, bei erweitertem Teillastbetrieb sowie beschleunigten Laständerungsgeschwindigkeiten, beitragen. Wirkungsgradsteigerungen, insbesondere im Teillastbetrieb der Kompressoren, tragen zu Ressourcenschonung und Umweltverträglichkeit der gesamten Anlage bei. Zielsetzung ist die Verbesserung der aerodynamischen Verdichterperformance durch numerische Optimierung eines beschaufelten Diffusors und experimentelle Validierung. Zusätzliche detaillierte optische Messungen an dem beschaufelten Diffusor dienen der experimentellen Erfassung komplexer strömungsmechanischer Phänomene und somit der Validierung der numerischen Tools. Arbeitspaket AP2000 beinhaltet die generelle Untersuchung von modernen Diffusorbeschaufelungstypen. Neben Low-Solidity-Diffusoren werden auch Tandem-Diffusoren untersucht. Arbeitspaket 3000 umfasst die aerodynamische Neu-Auslegung zweier Diffusorbeschaufelungen mittels moderner CFD-Software. Zusätzlich wird eine Schwingungs-Analyse durchgeführt, um Schaufelschwingungsbrüche zu vermeiden. Das Arbeitspaket AP4000 beinhaltet die Konstruktion und Fertigung der Prüfstandskomponenten. Das Arbeitspaket AP5000 behandelt den Versuchsaufbau und die Standardmessungen der neuen Diffusorbeschaufelungen. Im Arbeitspaket AP6000 wird der Verdichter mittels optischer Messtechnik detailliert untersucht. Arbeitspaket AP7000 umfasst die Validierung von CFD.