Von ge­sam­mel­ten Er­fah­run­gen pro­fi­tie­ren

Er­fah­ren Sie hier mehr zu den The­men und Her­aus­for­de­run­gen bei denen wir in der Ver­gan­gen­heit un­se­re Ex­per­ti­se an­wen­den konn­ten, um pro­jekt­s­pe­zi­fi­sche Lö­sungs­an­sät­ze für un­se­re Kun­den zu ent­wi­ckeln und um­zu­set­zen.

Ei­ni­ge IfTA Re­fe­ren­zen

Siemens CEC Clean Energy Center Berlin

Sie­mens - CEC
Ber­lin - SGT5-8000H

Pro­dukt: Ar­gusOMDS

Un­ter­su­chung von Ver­bren­nungs­schwin­gun­gen in Ga­stur­­bi­­nen­ unter rea­len Be­­din­­gun­­gen.

Mehr In­for­ma­ti­on

SWM Mün­chen,
Früh­warn­sys­tem

Pro­dukt: Ar­gusOMDS + Pre­cur­sor

Ef­­fek­ti­vi­täts­s­tei­­ge­run­­gen bei Ga­­stur­­bi­­nen durch den Ein­­satz eines Früh­warn­­sys­tems.

Mehr In­for­ma­ti­on

 

MTU &
UniBw M

Pro­dukt: AIC Sys­tem

Luft­fahr­t­­for­­schungs­­pro­­gramm zur ak­ti­­ven Ver­­dich­ter­­kon­trol­le.

Mehr In­for­ma­ti­on

Groß­­feu­e­run­­gen
in der In­dus­trie

Ver­mei­dung von Ver­bren­nungs­schwin­gun­gen in un­ter­schied­li­chen Groß­brenner­geo­me­tri­en.

 

Mehr In­for­ma­ti­on

Klein­feue­rungs-
an­la­gen im All­tag

Ver­mei­dung von Ver­bren­nungs­schwin­gun­gen in Gasther­men, Groß­kü­chen und Hei­z­ge­rä­ten.

Mehr In­for­ma­tio­nen

 

Sie­­­mens, CEC Ber­­­lin - SGT5-8000H

Pro­­dukt: Argus OMDS

  • Aus­gangs­la­ge
  • IfTA Lö­sung
  • Kun­den­nut­zen
  • In­tel­li­gen­te Soft­wa­re
  • Prüf­stands­schutz

Mit in­­tel­­li­­gen­ter Schwin­­gungs­­­mess­tech­­nik zur sau­­be­ren Ener­­gie

Der zu­­­neh­­­men­­­de Ein­­­satz von re­­­ge­­­ne­ra­ti­­­ven Ener­­­gi­en aus Pho­to­vol­taik und Win­d­­­kraft führt zu einem ge­s­tei­­­ger­ten Be­darf an schnell er­­­zeug­­­ba­­­rer elek­tri­­­scher Ener­­­gie, wenn es zu Schwan­­­kun­­­gen in der so­la­ren Ein­strah­­­lung oder der Win­d­­­ver­­­­­sor­­­gung kommt. Mo­­­der­­­ne Gas­­­kraft­wer­ke über­­­­­brücken diese Ver­­­sor­­­gungs­­­lücke per­­­fekt, da sie schnell hoch­­­fah­ren und ihre Leis­tung in einem wei­ten Be­reich va­ri­ie­ren. Die­­­ses kom­ple­­­xe Zu­­­sam­­­men­­­spiel wird durch in­­­tel­­­li­­­gen­te Schwin­­­gungs­­­­­mess­tech­­­nik si­g­­ni­­­fi­­­kant un­­­ter­­­stützt. Fünf ent­­­schei­­­den­­­de An­­­for­­­de­run­­­gen, um Kom­ple­­­xes ein­fach mess­­­bar zu ma­chen. Der Gas- und Dampf­tur­­­bi­­­nen (GuD)-Be­trieb ver­­­­­fügt über einen sehr guten Wir­­­kungs­­­­­grad bei gleich­­­zei­tig ge­rin­­­gem CO2-Auss­toß - circa 60 % we­­­ni­­­ger als aus Braun­­­koh­le­­­kraft­wer­ken. Das ak­tu­ell mo­d­erns­te Kraft­­­werk von die­­­sem Typ steht nörd­­­lich von Mün­chen in Ir­­­sching und hat einen Wir­­­kungs­­­­­grad von 60,75 %. Die welt­weit leis­tungs­­­­­stärks­te Ma­­­schi­­­ne der Firma Sie­­­mens, die Ga­­­stur­­­bi­­­ne SGT5-8000H mit einer elek­tri­­­schen Leis­tung von über 375 MW, ist dort im Ein­­­satz.

 

Prüf­stän­de zur Op­ti­mie­rung von Ga­stur­bi­nen

Um die Ver­­bren­­nungs­­e­f­­fi­­zi­enz sei­­ner Kraft­wer­ke kon­ti­­nu­ier­­lich zu op­ti­­mie­ren, hat Sie­­mens ein hoch­­­mo­­der­­nes Test­­cen­ter, das Clean Ener­gy Cen­ter (CEC) in Lu­d­wigs­­fel­­de nahe Ber­­lin, er­rich­tet. Ein­­zel­­ne Brenn­­kam­­mern der Ga­­stur­­bi­­ne wer­­den unter hohem Druck und vor­­­ge­hei­z­ter Luft oder Gas - das heißt unter rea­­lis­ti­­schen Be­­din­­gun­­gen - be­trie­­ben. Neben den Emis­­sio­­nen sind ther­­moa­kus­ti­­sche Phä­no­­me­­ne bzw. Ver­­bren­­nungs­­schwin­­gun­­gen in der Brenn­­kam­­mer und die dy­na­­mi­­schen Ma­te­ri­al­­be­las­tun­­gen Teil der Un­ter­­su­chung. Zur Mes­­sung die­­ser Si­­gna­le kom­­men Hoch­tem­­pe­ra­tur­­druck- und -be­schleu­­ni­­gungs­­auf­­neh­­mer, Dehn­­mess­strei­­fen und di­­ver­­­se an­­de­­re Sen­­so­ren zum Ein­­satz.

Die IfTA Lö­sung

Nun ist ein be­­son­­de­res Schwin­­gungs­­­mess­­ge­rät Teil der for­t­­schrit­t­­li­chen Tech­no­lo­­gie im Lu­d­wigs­­fel­­der CEC: der IfTA Dy­naMas­ter. Er ist eine Wei­ter­ent­wick­­lung ba­­sie­rend auf den be­währ­ten IfTA Argus-Sys­te­­men, die seit über einem Jahr­­zehnt an ver­­­schie­­de­­nen Ga­­stur­­bi­­nen­­ty­­­pen wie der SGT5-8000H welt­weit im Ein­­satz sind. Fünf ent­­schei­­den­­de An­­for­­de­run­­gen las­­sen sich durch die be­reits er­­prob­ten In­te­­gra­tio­n her­aus­s­tel­len.

Fle­xi­bi­li­tät durch Mo­du­la­ri­tät

Alle Test­stän­de des CECs sind mit IfTA Dy­naMas­tern mit je­weils 32 Kanä­len aus­ge­stat­tet. Die Kanä­le wer­den für pha­sen­syn­chro­ne Mes­sun­gen si­mul­tan mit 24 Bit und bis zu 51,2 kHz ab­ge­tas­tet. Neben den schnel­len Ein­gän­gen kön­nen zu­sätz­lich 32 lang­sa­me Span­nungs- oder Strom­si­gna­le er­fasst wer­den. Für di­gi­ta­le Si­gna­le ste­hen 16 Ein­gän­ge zur Ver­fü­gung. Die schnel­len ana­lo­gen Ein­gän­ge kön­nen über ge­puf­fer­te Aus­gän­ge ab­ge­grif­fen wer­den. Ab­ge­run­det wird das Schwin­gungs­mess­sys­tem durch eine leis­tungs­star­ke mo­du­la­re Soft­wa­re­platt­form. Dreh­schei­be des Mess­da­ten­hand­lings ist der IfTA Host, der di­rekt auf dem IfTA Dy­naMas­ter läuft. Er er­laubt wahl­wei­se die ge­steu­er­te oder au­to­ma­ti­sche Spei­che­rung der Daten auf dem in­te­grier­ten Spei­cher­me­di­um, wo zwi­schen SSD oder HD ge­wählt wer­den kann.

Neben den Schwin­gungs­da­ten kann der IfTA Host auch Daten über OPC Clas­sic, UA oder Da­ta­socket ver­tei­len und emp­fan­gen. Das Zu­sam­men­füh­ren von allen Da­ten­strö­men aus un­ter­schied­li­chen Quel­len er­mög­licht das schnel­le und ef­fi­zi­en­te Aus­wer­ten kom­ple­xer Zu­sam­men­hän­ge, wie z.B. die Aus­wir­kung von Um­ge­bungs­pa­ra­me­tern oder Brenn­stoff­zu­sam­men­set­zung auf Ver­bren­nungs­in­sta­bi­li­tä­ten. Aus hohen Ab­ta­stra­ten und großer Kanal­an­zahl re­sul­tie­ren bei die­ser An­wen­dung enor­me Da­ten­men­gen, so­dass das CEC sehr spe­zi­el­le An­for­de­run­gen an die Fä­hig­kei­ten der Da­ten­aus­wer­tung stellt. Neben den Roh­da­ten­strö­men wer­den auch über der Zeit zu­sam­men­ge­fass­te Da­ten­strö­me er­zeugt. Diese er­mög­li­chen eine schnel­le Über­sicht über lange Zeiträu­me.

Jeder Sen­­sor passt an jeden Ein­­gang

Herz­­stück des Sys­tems ist die IfTA AD4Pro, eine vier­­ka­na­­li­­ge dy­na­­mi­­sche Mess­­kar­te mit un­i­­ver­­­sel­len Mess­ein­­gän­­gen. Un­ter­­stützt wird auf die­­ser Karte je Kanal die Mes­­sung von Span­­nungs- und Strom­­si­­gna­len. Dar­­über hin­­aus er­laubt ein in­­te­­grier­ter dif­­fe­ren­ti­el­­ler La­­dungs­­­ver­­­stär­ker den di­rek­ten An­­schluss von pie­­zo­­e­lek­tri­­schen Hoch­tem­­pe­ra­tur­­druck- und -be­schleu­­ni­­gungs­­auf­­neh­­mern. Eben­falls ent­hal­ten ist ein Mess­­ver­­­stär­ker für Dehn­­mess­strei­­fen. An die­­sem kön­­nen Vier­tel-, Halb- und Voll­­brücken di­rekt an­­ge­schlos­­sen wer­­den. Wei­ter­hin wer­­den pie­­zo­re­­sis­ti­­ve Druck- und Be­schleu­­ni­­gungs­­­sen­­so­ren, wie z.B. Ku­­li­te-Sen­­so­ren, un­­ter­­stützt und für IEPE-Sen­­so­ren steht eine ent­spre­chen­­de Spei­­sung zur Ver­­fü­­gung. Aus­­ge­wählt wird der ge­wün­sch­te Ein­­gangs­­mo­­dus ein­fach per Soft­wa­­re.

Feh­­ler­quel­len ver­­­mei­­den und Kos­ten re­­du­­zie­ren

Um stö­ren­­de Netz­schlei­­fen zu ver­­­mei­­den, ist jeder Kanal der Karte po­ten­ti­al­­ge­trennt. Dies er­laubt die ge­­mein­sa­­me Mes­­sung von Sen­­so­ren an Orten mit hohen Po­ten­tial­un­ter­­schie­­den wie im Um­­feld von großen Te­st­an­la­­gen, zum Bei­­spiel des CEC. Die Po­ten­ti­al­t­ren­­nung ist dabei so aus­­­ge­­führt, dass sie sich nicht ne­­ga­tiv auf die Si­­gnal­qua­­li­tät aus­­wirkt. Damit wird in­s­­ge­­samt ein Si­­gnal­rauschab­­stand von bis zu 145 dB er­reicht. Die In­te­­gra­ti­on der Ver­­stär­ker re­­du­­ziert Kos­ten und ver­­­mei­­det Feh­­ler­quel­len durch einen we­­sent­­lich ver­­ein­fach­ten Messauf­­bau. Än­­de­run­­gen der Ver­­stär­ker­ein­s­tel­­lun­­gen wer­­den au­to­­ma­tisch durch das Sys­tem mit­­pro­to­­kol­­liert und sind somit immer nach­voll­­zieh­­bar. Eine po­ten­ti­ell feh­­ler­träch­ti­­ge hän­­di­­sche Do­­ku­­men­ta­ti­on ex­ter­­ner Ver­­stär­­kungs­­fak­to­ren ist nicht mehr not­wen­­dig. Zudem re­­du­­ziert sich der jähr­­li­che Ka­­li­­brier­auf­wand er­he­b­­lich.

Zeit­ge­mä­ße Da­ten­ana­ly­se durch ein­fach be­dien­ba­re Soft­wa­re

Die im Sys­tem ein­setz­ba­re Da­ten­ana­ly­se­soft­wa­re IfTA Trend ist ein Tool, mit dem sich selbst Da­tei­en mit 10 GB schnell laden und ana­ly­sie­ren las­sen. Neben dy­na­mi­schen Daten und Um­ge­bungs- sowie Pro­zess­pa­ra­me­tern spei­chert der IfTA Dy­naMas­ter auch im Sys­tem be­rech­ne­te Werte wie Peak-to-Peak, RMS und ganze Spek­tren. Die Aus­wer­tung die­ser un­ter­schied­li­chen Grö­ßen ge­schieht in spe­zia­li­sier­ten Plots wie bei­spiels­wei­se Spek­tro­gramm, Ny­quist- oder Bo­de­plot. In der glei­chen Soft­wa­reum­ge­bung über­wa­chen meh­re­re Tes­t­in­ge­nieu­re die on­li­ne Mess­da­ten­strö­me wäh­rend des Mess­laufs in in­di­vi­du­ell kon­fi­gu­rier­ba­ren An­sich­ten. Dazu ver­bin­det sich das IfTA Trend auf dem Ar­beits­platz­rech­ner mit dem IfTA Dy­naMas­ter.

Prüf­stand­schutz leicht ge­macht

Um einen Schutz des Prüf­stands im Falle von hohen Schwin­gungs­am­pli­tu­den zu ge­währ­leis­ten wurde der IfTA Dy­naMas­ter im CEC mit einer echt­zeit­fä­hi­gen Re­chen­ein­heit (DSP) und Aus­gangs­kar­ten zum IfTA Ar­gusOMDS hoch­ge­rüs­tet. Das mo­du­la­re Kon­zept er­laubt dabei eine freie Wahl der ge­wünsch­ten Aus­gangs­kar­te. Es ste­hen zum Bei­spiel ana­lo­ge und di­gi­ta­le Aus­gän­ge sowie Pro­fi­bus zur Kom­mu­ni­ka­ti­on mit dem Prüf­stand-Kon­troll­sys­tem zur Ver­fü­gung. Viele Feh­ler­quel­len kon­ven­tio­nel­ler Mess­sys­te­me be­sei­tigt der IfTA Dy­naMas­ter und mi­ni­miert so - nicht nur im CEC - das Ri­si­ko von feh­ler­haf­ten Mes­sun­gen bei auf­wän­di­gen Kam­pa­gnen. Dy­na­mi­sche Mess­sys­te­me sind die un­ver­zicht­ba­ren Part­ner auf dem Weg zur sau­be­ren Ener­gie.

SWM Mün­chen, Früh­warn­­sys­tem Pre­Cur­­­sor

Pro­­dukt: Ar­­gusOMDS + Pre­­cur­­sor

  • Ef­fi­zi­en­te­re Ga­stur­bi­nen
  • Her­aus­­­­for­­­­de­run­­­­gen die­ser Ef­fi­zi­enz
  • Er­run­gen­schaf­ten durch IfTA Lö­sung

Ef­fi­zi­enz­s­tei­­­ge­run­­­gen in Gas­­­kraft­wer­ken im Kon­text der Ener­­­gie­wen­­­de

Das Hei­z­­­­kraft­­­­werk Süd der Stadt­­­­wer­ke Mün­chen zeigt, wie es – unter der Be­din­gung, dass keine Grund­last ge­fragt ist - mög­­­­lich ist, sich den Her­aus­­­­for­­­­de­run­­­­gen der Ener­­­­gie­wen­­­­de zu stel­len: durch Nut­­­­zung von Wind- und Son­­­­nen­ein­strah­­­­lung in Kom­­­­bi­na­ti­on mit Re­­­­gel­leis­tung durch Ga­­­­stur­­­­bi­­­­nen. Für die er­­­­for­­­­der­­­­li­che Wir­t­­­­schaft­­­­lich­keit sorgt das Mo­­­­ni­to­ring- und Früh­warn­­­­sys­tem von IfTA. 

Die Ener­­­gie­wen­­­de und die Ent­wick­­­lung hin zu er­­­neu­er­­­ba­ren Res­­­sour­­­cen stel­len den Ener­­­gie­­­markt vor neue Her­aus­­­for­­­de­run­­­gen.  Kon­­­kret heißt dies, immer mehr er­­­neu­er­­­ba­­­re Ener­­­gie fließt in die Strom­­­net­­­ze mit Schwan­­­kun­­­gen auf­­­­­grund von Son­­­nen­ein­strah­­­lung und Wind. Um diese Schwan­­­kun­­­gen aus­­­­­zu­glei­chen wird Re­­­ge­l­e­­ner­­­gie be­reit­­­ge­­­stellt. Da Ga­­­stur­­­bi­­­nen fle­­­xi­­­bel an den Strom­­­be­darf an­pass­­­bar sind, sind sie oft im Ein­­­satz, um diese Re­­­ge­l­e­­ner­­­gie zu lie­­­fern und somit das Netz zu sta­­­bi­­­li­­­sie­ren. Ge­­­gen­wär­tig sind sie im Grun­d­last­­­be­trieb ver­­­g­­li­chen mit an­­­de­ren An­la­­­gen z. B. Koh­le­­­kraft­wer­ken nicht kon­­­kur­renz­­­fä­hig. Um diese Re­­­ge­l­e­­ner­­­gie zu lie­­­fern, wer­­­den die Ma­­­schi­­­nen in Teil­last be­trie­­­ben und rea­­­gie­ren so in kur­z­er Zeit auf zu­­­neh­­­men­­­den oder auch sin­ken­­­den Ener­­­gie­­­be­darf. Ein brei­tes ver­­­wer­t­­­ba­res Leis­tungs­­­­­band, sowie eine nie­d­ri­­­ge Teil­last­­­gren­­­ze sind dabei wich­tig.

Her­aus­­­for­­­de­run­­­gen des Teil­last­­­be­triebs

In einem An­la­­gen­test im Hei­z­­­kraft­­­werk Süd der SWM, wurde die mi­­­ni­­­ma­le Teil­last von zwei GE Frame 9E Ga­­­stur­­­bi­­­nen er­­­probt. Mit einer Dampf­tur­­­bi­­­ne for­­­men sie eine GuD-An­la­­­ge, mit zu­­­sätz­­­li­cher Wär­­­me­e­in­s­­pei­­­sung in das rund 800 km lange Mün­ch­­­ner Fern­wär­­­me­­­netz. Die Can-An­­­nu­lar Ma­­­schi­­­nen haben je­weils eine Nenn­leis­tung von 124 MW, mit einer vom Her­s­tel­­­ler an­­­ge­­­ge­­­be­­­nen un­­­te­ren Teil­last­­­gren­­­ze bei vor­­­­­ge­­­misch­ter Ver­­­bren­­­nung unter Ein­hal­tung der Emis­­­si­­­ons­­­grenz­wer­te von rund 60 MW, ab­hän­­­gig von at­­­mo­­­sphä­ri­­­schen Be­­­din­­­gun­­­gen. Das Ziel ist, die Ma­­­schi­­­nen ohne bau­­­li­che An­pas­­­sun­­­gen auf nie­d­ri­­­ger Last be­trei­­­ben zu kön­­­nen. Die Stra­te­­­gie ist eine ge­­­naue Über­wa­chung der Phä­no­­­me­­­ne wel­che die Min­­­dest­last be­schrän­ken. Neben Emis­­­sio­­­nen sind in dem Be­triebs­­­be­reich hin und wie­­­der auf­­­klin­­­gen­­­de Ver­­­bren­­­nungs­­­schwin­­­gun­­­gen ein Pro­blem. Diese schwer vor­­­her­­­seh­­­ba­ren Schwin­­­gun­­­gen aus­­­­­ge­­­löst durch das Zu­­­sam­­­men­­­spiel von Akus­tik und Wär­­­me­frei­­­­­set­­­zung kön­­­nen sehr hohe Am­p­­li­tu­­­den er­rei­chen, die den Be­trieb be­ein­träch­ti­­­gen und sogar zu Schä­­­den füh­ren kön­­­nen.

Es wurde fest­­­ge­­­stellt, dass die Akus­tik sich durch Qu­er­­­zün­d­roh­­­re von Can zu Can um den ge­­­sam­ten Um­fang der Ga­­­stur­­­bi­­­nen ver­­­­­brei­tet. Unter wel­chen Be­­­din­­­gun­­­gen sie auf­­­tre­ten ist nicht nur von der Last ab­hän­­­gig, son­­­dern auch von u.a. at­­­mo­­­sphä­ri­­­schen Be­­­din­­­gun­­­gen, tran­­­si­en­tem Durch­wär­­­men der Ma­­­schi­­­ne, sowie Ver­schmut­­­zung der Bren­­­ne­r­e­le­­­men­te.

Er­kennt­­­nis­­­se als Grun­d­la­­­ge für einen ef­­­fek­ti­­­ven Be­trieb

Es hat sich her­aus­­­ge­­­stellt, dass die mi­­­ni­­­ma­le Teil­last sich bis auf 45 MW re­­­du­­­zie­ren lässt, unter Ein­hal­tung gel­ten­­­der Emis­­­si­­­ons­­­gren­­­zen. Da die ther­­­moa­­kus­ti­­­schen Um­fangs­­­mo­­­den kon­­­stant über­­­wacht wer­­­den, wird eine Än­­­de­rung der Sta­­­bi­­­li­täts­­­gren­­­ze recht­­­zei­tig er­­­kannt und die Ga­­­stur­­­bi­­­nen kön­­­nen immer unter si­che­ren Be­­­din­­­gun­­­gen be­trie­­­ben wer­­­den. Die Re­­­duk­ti­on der Min­­­dest­last um rund 20 % er­laubt den fle­­­xiblen Ein­­­satz der Ma­­­schi­­­nen und ent­spricht di­rekt der Brenn­­­stof­­fe­in­spa­rung wenn kein Strom be­nö­tigt wird, aber die Fern­wär­­­me und/oder Re­­­gel­leis­tung ab­­­ge­­­deckt wer­­­den muss. Au­­­ßer­­­dem kön­­­nen brei­te­­­re Leis­tungs­­­­­bän­­­der beim Auk­ti­­­ons­­­ver­­­fah­ren auf dem Ener­­­gie­­­markt an­­­ge­­­bo­ten wer­­­den. Ins­­­ge­­­samt kann damit das Kraft­­­werk deut­­­lich wir­t­­­schaft­­­li­cher be­trie­­­ben wer­­­den.

MTU & UniBW M

Pro­­dukt: AIC-Sys­tem

  • For­schungs­pro­jekt MTU & UniBW M
  • Ak­ti­ve Ver­dich­ter­kon­trol­le durch Ifta Sys­te­me

For­­schungs­­pro­jekt der IfTA mit der Uni­ver­si­tät der Bun­des­wehr Mün­chen und der MTU Aero En­gi­nes

In­ter­­dis­­zi­p­li­näre For­­schung und Ent­wick­­lung auf hohem Ni­­veau konn­ten wir im Rah­­men eines vom Frei­­staat Bay­ern ge­­för­­der­ten Vor­ha­­bens er­­fol­g­reich be­trei­­ben. Nach drei Jah­ren Pro­jek­t­dau­er waren alle an­fangs de­­fi­­nier­ten Ziele er­­füllt: die Pro­jek­t­par­t­­ner ISA der Uni­­ver­­­si­tät der Bun­­des­wehr Mün­chen, MTU Aero En­gi­nes und IfTA  konn­ten mit dem durch die IfTA GmbH ent­wi­­ckel­ten Reg­­ler den sta­­bi­len Ar­­beits­­be­reich des ISA-ei­­ge­­nen Lar­z­ac Trie­b­wer­kes mit Hilfe einer ak­ti­­ven Ver­­dich­ter­­kon­trol­le si­g­ni­­fi­­kant ver­­­grö­­ßern. Die­­ses Pro­jekt wurde im Rah­­men eines vom Frei­­staat Bay­ern ge­­för­­der­ten Luft­fahr­t­­for­­schungs­­pro­­gramms durch­­­ge­­führt und in­iti­iert von der Uni­ver­si­tät der Bun­des­wehr Mün­chen.

In des­­sen Rah­­men wurde die Mög­­lich­keit der ak­ti­­ven Kon­trol­le von Ver­­dich­ter­in­­sta­­bi­­li­tä­ten an einer Flug­­ga­­stur­­bi­­ne un­­ter­­sucht. Ziel der For­­schung war es, die Pump­­gren­­ze des am In­s­ti­tut für Strahl­an­trie­­be zur Ver­­fü­­gung ste­hen­­den Ver­­dich­ters eines LARZAC 04 C5 Trie­b­werks mit Hilfe ak­ti­­ver Maß­­nah­­men, d.h. dem Ein­­satz eines Reg­­lers, so zu ver­­­schie­­ben, dass der sta­­bi­le Ar­­beits­­be­reich ver­­­grö­­ßert und damit die Ef­­fi­­zi­enz des Ver­­dich­ters ge­s­tei­­gert wird.

Die IfTA als kom­­pe­ten­ter Par­t­­ner

Nach er­s­ten er­­fol­g­rei­chen Re­­gel­­ver­­­su­chen an­­de­­rer For­­schungs­­ein­rich­tun­­gen an rei­­nen Ver­­suchs­­ver­­­dich­tern stell­te diese Ar­­beit eine erste An­wen­­dung an einem rea­len und kom­plet­ten Flug­trie­b­­werk dar. Die IfTA GmbH lie­­fer­te bei die­­sem Pro­jekt die ge­­sam­te Reg­­ler­hard­wa­re und -soft­wa­­re und un­­ter­­stütz­te die Uni­­ver­­­si­tät bei der Si­­gna­­ler­fas­­sung (Mess­tech­­nik, Auf­­zeich­­nung) und Aus­wer­tung (Ana­­ly­­se, Al­­go­rith­­men). Au­­ßer­­dem wur­­den na­tür­­lich im Ver­lauf des Pro­jekts Wei­ter- und Neu­ent­wick­­lun­­gen der Hard- und Soft­wa­­re durch­­­ge­­führt, um eine op­ti­­mier­te Re­­ge­­lung zu er­mög­­li­chen.

The­­ma­tik des Zen­tra­len Phä­no­­mens

Der Ein­­satz­­be­reich eines Ver­­dich­ters wird durch die so­­ge­­nann­te Pump­­gren­­ze be­schränkt, die sich beim Phä­no­­men des „Pum­­pens" durch eine über den ge­­sam­ten Ver­­dich­ter­quer­schnitt um­­keh­ren­­de Strö­­mung äu­­ßert. Als schwä­che­­re und damit un­­­ge­­fähr­­li­che­­re „Vor­­stu­­fe" die­­ses Phä­no­­mens kön­­nen auch par­ti­el­le, um den Ver­­dich­te­r­um­fang um­­lau­­fen­­de, Strö­­mungs­­­stö­run­­gen, auch ro­tie­ren­­de Ab­lö­­sun­­gen ge­­nannt, auf­­tre­ten. Grun­d­­ge­dan­ke der ak­ti­­ven Re­­ge­­lung eines Ver­­dich­ters ist es nun, so­­ge­­nann­te Vor­läu­­fer eines Pump­­sto­­ßes bzw. einer ro­tie­ren­­den Ab­lö­­sung recht­­zei­tig zu de­tek­tie­ren und über einen Reg­­ler und ein Stell­­glied das Sys­tem so zu be­ein­flus­­sen, dass es nicht zu die­­sem un­­er­wün­sch­ten Be­trieb des Ver­­dich­ters kommt. Als güns­tig hat sich eine mo­­du­­lier­te Luf­tein­­dü­­sung am Schau­­fel­­spit­­zen­­be­reich der er­s­ten Ver­­dich­ter­­stu­­fe er­wie­­sen, da genau dort die In­­sta­­bi­­li­tä­ten aus­­­ge­­löst wer­­den.

Ak­ti­­ve Reg­­lung durch IfTA Sys­te­­me

Auf­­bau­end auf einer mo­­di­­fi­­zier­ten Form des bei der ak­ti­­ven In­­sta­­bi­­li­täts­­kon­trol­le von Ver­­bren­­nungs­­schwin­­gun­­gen an sta­tio­nären Ga­­stur­­bi­­nen er­­prob­ten AIC-Sys­tems wur­­den im Ver­lauf des Pro­jekts ver­­­schie­­de­­ne Reg­­ler­stra­te­­gi­en ent­wi­­ckelt, die für die je­wei­­li­­ge Pro­blem­s­tel­­lung op­ti­­miert waren. Mit Hilfe die­­ser Stra­te­­gi­en sowie einer spe­­zi­ell an­­ge­pass­ten Ak­tua­to­rik konn­te in dem sich über drei Jahre er­stre­­cken­­den For­­schungs­­pro­jekt ein er­­fol­g­rei­cher Nach­weis für die Funk­ti­­ons­­fä­hig­keit der ak­ti­­ven Ver­­dich­ter­­sta­­bi­­li­­sie­rung er­­bracht wer­­den. Ins­­ge­­samt ge­lang es, über den kom­plet­ten Dreh­­zahl­­be­reich des Ver­­dich­ters die Pump­­gren­­ze aktiv zu ver­­­schie­­ben, wo­­durch die Mög­­lich­keit der in­­­dus­tri­el­len An­wen­­dung die­­ser in­­no­va­ti­­ven Tech­­nik be­legt wurde. Im Ver­­gleich zu einer rei­­nen Kon­­stan­tein­bla­­sung war die ak­ti­­ve Sta­­bi­­li­­sie­rung ef­­fi­­zi­en­ter, d.h. der glei­che Sta­­bi­­li­­sie­rungs­­e­f­­fekt konn­te mit we­­ni­­ger Luft er­­zielt wer­­den bzw. bei glei­chem Luft­­ver­­­brauch wurde der sta­­bi­le Ar­­beits­­be­reich über den mit Kon­­stan­tein­bla­­sung er­reich­­ba­ren Be­reich hin­­aus ver­­­grö­­ßert.

Der in­­no­va­ti­­ve und for­­schungs­­re­le­van­te Ge­halt die­­ser Kol­la­­bo­ra­ti­on wird durch zwei ge­­mein­sa­­me Ver­öf­­fent­­li­chun­­gen auf in­­ter­na­tio­na­len Fach­ta­­gun­­gen wi­­der­­ge­­spie­­gelt.

Groß­­feu­e­run­­gen in der In­­dus­trie

  • Her­aus­for­de­run­gen in Groß­feue­run­gen
  • Ver­­bren­­nungs­­in­­sta­­bi­­li­tä­ten & IfTA Lö­sungs­an­satz

Aus­gangs­la­ge

Die Leis­tung der Groß­­feu­e­rungs­­­bren­­ner liegt im obe­ren kW bis un­­te­ren MW Be­reich und sie wer­­den z.B. in grö­­ße­ren Büros oder Kauf­häu­­sern, in Sta­­di­en oder in Flughä­­fen ein­­ge­­setzt. Sie be­­sit­­zen keine ei­­ge­­ne Brenn­­kam­­mer mehr, son­­dern wer­­den mit ver­­­schie­­dens­ten Kes­­seln an­­de­­rer Her­s­tel­­ler be­trie­­ben. Das be­­deu­tet, dass die Bren­­ner in un­­ter­­schie­d­­li­chen Geo­­me­tri­en, unter va­ri­ie­ren­­den Be­­din­­gun­­gen ein sta­­bi­les Ver­hal­ten auf­­wei­­sen müs­­sen. Es ist des­halb wich­tig, die Schwin­­gungs­­­nei­­gung der Bren­­ner genau zu ken­­nen, um deren In­­sta­­bi­­li­täts­ri­­si­­ko beim Ein­­satz in ver­­­schie­­de­­nen Geo­­me­tri­en ab­schät­­zen zu kön­­nen.

Ent­s­te­hung von Ver­­bren­­nungs­­in­­sta­­bi­­li­tä­ten durch den Bren­­ner

Im Ver­­gleich zu Klein­­feu­e­run­­gen, d.h. z.B. Brenn­wer­t­­ge­rä­ten, Hei­z­­ge­rä­ten etc., die eher für den Haus­­ge­­brauch be­­stimmt sind und kom­plett z.B. mit Bren­­ner, Brenn­­kam­­mer, Wär­­me­tau­­scher und Ab­­gas­­sys­tem an­­ge­­bo­ten wer­­den, wer­­den bei Groß­­feu­e­run­­gen Kom­­po­­nen­ten ver­­­schie­­de­­ner Her­s­tel­­ler in­­­di­vi­­du­ell zu­­sam­­men­­ge­­fügt. Die vom Bren­­ner­her­s­tel­­ler ge­­fer­tig­ten Pro­­duk­te kom­­men so etwa mit Kes­­seln eines an­­de­ren Her­s­tel­­lers zum Ein­­satz. Zwar hän­­gen Ver­­bren­­nungs­­­in­­sta­­bi­­li­tä­ten immer vom Ge­­sam­t­­sys­tem, d.h. von Bren­­ner, Brenn­­kam­­mer, Abgas- und Ansaug­­sys­tem ab, al­­ler­­dings las­­sen sich be­­stim­m­te Ten­­den­­zen zu einem in­­­sta­­bi­len Ver­hal­ten be­reits di­rekt am Bren­­ner er­ken­­nen. So wer­­den etwa durch auf strö­­mungs­­­me­cha­­ni­­sche Ei­­gen­­schaf­ten ba­­sie­ren­­de Phä­no­­me­­ne bei der Ver­­bren­­nung be­­stim­m­te Fre­quenz­­kom­­po­­nen­ten stär­ker als an­­de­­re er­­zeugt. Lie­­gen diese Be­rei­che in der Nähe einer akus­ti­­schen Ei­­gen­fre­quenz eines Kes­­sels und sind dar­­über hin­­aus an­­de­­re un­­­güns­ti­­ge Be­­din­­gun­­gen er­­füllt, so ist eine Kopp­­lung zwi­­schen Ver­­bren­­nung und Akus­tik wahr­­schein­­lich, d.h. Ver­­bren­­nungs­­in­­sta­­bi­­li­tä­ten kön­­nen an­­ge­regt wer­­den.

Die IfTA als kom­­pe­ten­ter Par­t­­ner

Die IfTA GmbH bie­tet ver­­­schie­­dens­te Un­ter­­su­chun­­gen zu den oben be­­schrie­­be­­nen Ur­sa­chen von Ver­­bren­­nungs­­in­­sta­­bi­­li­tä­ten an. Diese Un­ter­­su­chun­­gen um­­fas­­sen Mes­­sun­­gen di­rekt an der be­trof­­fe­­nen An­la­­ge oder an Ver­­suchs­­stän­­den un­­­se­­rer Kun­­den. Zur Un­ter­­stüt­­zung der ex­­pe­ri­­men­tel­len Un­ter­­su­chun­­gen des Phä­no­­mens ist au­­ßer­­dem eine nu­­me­ri­­sche Si­mu­la­ti­on des akus­ti­­schen Ver­hal­tens der Kes­­sel­­geo­­me­tri­en zu emp­­feh­len. Als Kunde kön­­nen Sie sich hier, wie in den an­­de­ren Be­rei­chen auch, auf eine kom­­pe­ten­te, schnel­le und kos­ten­­güns­ti­­ge Be­ar­­bei­tung Ihrer Pro­ble­­me ver­­las­­sen. Dass wir Ihr Pro­blem ver­­trau­­lich be­han­­deln ist für uns selbst­­ver­­­stän­d­­lich.

Klein­­feu­e­rungs­­an­la­­gen im All­­tag

  • Ther­moakus­ti­sche Schwin­gun­gen - Aus­gangs­la­ge & Aus­wir­kun­gen
  • Maß­nah­men und Be­ra­tung durch IfTA

Aus­­gangs­la­­ge

Unter Klein­­feu­e­run­­gen ver­­s­te­hen wir Ver­­bren­­nungs­­­sys­te­­me im un­­te­ren kW-Be­reich, die z.B. als Gasther­­men, Brenn­wer­t­­ge­rä­te, Öl­­bren­­ner usw. in Woh­­nun­­gen, Ein- und Mehr­fa­­mi­­li­en­häu­­sern zum Ein­­satz kom­­men. Des Wei­te­ren zäh­len dazu Gasö­­fen bzw. Brä­ter für Groß­­kü­chen, Gas­hei­­zun­­gen im Cam­ping­­be­reich und ähn­­li­che Sys­te­­me mit einer de­­fi­­nier­ten Brenn­raum­­geo­­me­trie, in der sich akus­ti­­sche Ei­­gen­schwin­­gun­­gen eta­b­lie­ren kön­­nen, sowie einer darin bren­­nen­­den Flam­­me.

Aus­wir­­kun­­gen

Vor allem im Be­reich der Hei­z­­ge­rä­te ist neben einem scha­d­­stoff­ar­­men und ef­­fi­­zi­en­ten Be­trieb be­­son­­ders eine ru­hi­­ge Ver­­bren­­nung von Be­­deu­tung, da eine di­rek­te oder in­­­di­rek­te Geräusch­ent­wick­­lung durch ther­­moa­kus­ti­­sche Schwin­­gun­­gen zu einer z.T. er­he­b­­li­chen Be­ein­träch­ti­­gung der Wohn- und damit auch Le­­bens­qua­­li­tät füh­ren kann. Wie für Groß­­sys­te­­me gilt auch für Klein­­feu­e­run­­gen, dass Ver­­bren­­nungs­­­schwin­­gun­­gen von un­­­schein­­ba­ren Um­­ge­­bungs­­än­­de­run­­gen ver­­ur­sacht wer­­den kön­­nen (Gas­­zu­­sam­­men­­set­­zung, Ein­­bau­­be­­din­­gun­­gen, Ar­­beits­­punkt, Um­­ge­­bungs­­­tem­­pe­ra­tur etc.). Die Aus­wir­­kun­­gen die­­ser Än­­de­run­­gen kön­­nen viel­­fäl­tig sein: nie­­der­fre­quen­tes Brum­­men mit fes­ter oder auch va­ria­b­ler Fre­quenz beim An­fah­ren, plötz­­li­ches, kurz­­­zei­ti­­ges Auf­tre­ten von In­­sta­­bi­­li­tä­ten, ver­­ur­sacht z.B. durch das Sch­lie­­ßen einer Türe (und dem damit ver­­­bun­­de­­nen Druck­­stoß), hoch­­fre­quen­tes Pfei­­fen (etwa 800Hz, 120dB) beim Be­trieb in einem be­­stim­m­ten Ar­­beits­­punkt, etc.

Er­greif­ba­re Maß­nah­men

Es ist selbst­ver­ständ­lich, dass ein ent­spre­chen­des Ver­hal­ten von Ver­bren­nungs­­­sys­te­men für den Her­stel­ler nicht ak­zep­ta­bel ist. Meis­tens wird wäh­rend der Pla­nungs- und Ent­wick­lungs­pha­se nicht auf die Op­ti­mie­rung ther­moakus­ti­scher Ei­gen­schaf­ten des Gerä­tes ge­ach­tet, was dazu füh­ren kann, dass erst im Pro­to­ty­pen­sta­di­um oder sogar erst in der Test­pha­se vor der Marktein­füh­rung eine Ten­denz zu Ver­bren­nungs­­in­sta­bi­li­tä­ten ent­deckt wird. Dann müs­sen schnell pas­si­ve Maß­nah­men ent­wi­ckelt wer­den, die ein­fach und kos­ten­güns­tig ein­ge­baut wer­den kön­nen, ohne dass das Ge­samt­kon­zept des Bren­ners ver­än­dert wird. In meh­re­ren Pro­jek­ten hat die IfTA GmbH für ver­schie­de­ne nam­haf­te Her­stel­ler er­folg­reich Lö­sun­gen ent­wi­ckelt, die die Ver­bren­nungs­in­sta­bi­li­tä­ten in den ver­schie­de­nen Gerä­ten dämp­fen konn­ten. Nach einer ex­pe­ri­men­tel­len und nu­me­ri­schen Un­ter­su­chung des Sys­tems in un­se­rem Labor bzw. am Com­pu­ter und damit ver­bun­den dem ge­nau­en Ver­ste­hen der In­sta­bi­li­täts­ur­sa­chen, konn­ten pas­si­ve Maß­nah­men ent­wi­ckelt wer­den, wel­che die Akus­tik so ver­stimm­ten, dass eine po­si­ti­ve Ein­kopp­lung der Ver­bren­nung in die Akus­tik nicht mehr mög­lich war. Meist wur­den ver­schie­de­ne Maß­nah­men ent­wi­ckelt (Dämp­fer, Re­so­na­to­ren usw.), so dass der Her­stel­ler ver­schie­de­ne Mög­lich­kei­ten zur Ver­fü­gung hatte, das in­sta­bi­le Ver­hal­ten des Sys­tems zu ver­mei­den.

Be­ra­tung in der Ent­wick­lung

Neben der Ent­wick­lung sol­cher ef­fi­zi­en­ten Schnell­lö­sun­gen bie­ten wir na­tür­lich auch eine kom­pe­tente Be­ra­tung und Beglei­tung wäh­rend der Pla­nungs- und Ent­wick­lung­s­pha­se an, so dass ent­spre­chen­de Pro­ble­me in der Test­pha­se erst gar nicht auf­tre­ten kön­nen. Es ist selbst­ver­ständ­lich, dass wir ent­spre­chen­de Un­ter­su­chun­gen und In­for­ma­tio­nen auf­grund der Bri­sanz der The­ma­tik ab­so­lut ver­trau­lich be­han­deln. Des­halb ver­zich­ten wir an die­ser Stel­le auch ganz be­wusst dar­auf, kon­kre­te­re Bei­spie­le oder Namen un­se­rer Kun­den zu nen­nen. Wir sind si­cher, dass Sie dafür Ver­ständ­nis haben.