Bachelorarbeit Tobias Czarnecki

 

Aufbau und Messung eines gegenläufigen Axial-Kompaktlüfters

Im Vergleich zu einer konventionellen Konfiguration aus Lauf- und Leitrad ermöglicht der Einsatz
von zwei seriell geschalteten, gegenläufig rotierenden Axiallaufrädern einerseits den Abbau des
Dralles amAustritt des zweiten Laufrades und andererseits eine höhere Leistungsdichte. In der Praxis
wird dies bereits genutzt, um den Einsatzbereich von Axialventilatoren bis in höhere Differenzdrücke
ausdehnen zu können. Während in herkömmlichen Antriebskonzepten beide Laufräder mit
eigenen Motoren oder über ein Getriebe angetrieben werden, wurde am ILK Dresden ein getriebeloses
Ein-Motor-Konzept für einen Kompaktlüfter entwickelt (Nennpunkt 650 m3/h, 2100 U/min,
Laufrad Durchmesser 200 mm).
In dieser Arbeit wurde zunächst das Lagerungskonzept der vorhandenen Ventilator-Motor- Kombination
verbessert. Über eine elektrische Energieversorgung mittels kontaktloser, induktiver Leistungsübertragung
folgte die erste erfolgreiche Inbetriebnahme des Prototyps imModus des Dauerbetriebs.
Der fertige Aufbau wurde in eine Teststrecke integriert und eine Vermessung anhand aller
relevanten strömungsmechanischen Kenngrößen durchgeführt. Über die Kennlinien-Messungen
konnten signifikante Wirkungsgrad-, Druckzahl- und Leistungszahlsteigerungen im Vergleich zum
Aufbau mit nur dem ersten Laufrades und in Kombination mit zwei Nachleitgittern nachgewiesen
werden.
Die im Anschluss durchgeführten Messungen des Geschwindigkeitsfeldes nach dem Verfahren der
Stereoscopic Particle Image Velocimetry (Stereo PIV) konnten die gemessenen verbesserten Betriebseigenschaften
erfolgreich visualisieren. Zusätzlich wurden Schallleistungsspektren von allen Konfigurationen
in mehreren Betriebspunkten ermittelt. Dies erlaubt eine Aussage über akustische Vorund
Nachteile der jeweiligen Konfiguration zu treffen.
Wesentliche Verbesserungspotentiale wurden durch die Stereo PIV-Messungen in einer Anpassung
der Schaufelgeometrien zur Erzielung einer gleichmäßigeren Axialströmung zwischen der Nabe
und Außenrohr erkannt. Zusätzlich sind weitere Effizienzsteigerungen zu erwarten, wenn die durch
das Fertigungsverfahren bedingten rauhen Oberflächen des Laufrades durch Laufräder aus Aluminium
ersetzt werden.