Anwendung der Infinite-Tube-Technique zur instationären Druckmessung in der Radialturbine eines Abgasturboladers

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• Publisher: Cuvillier Verlag
• Year: 2010
• eBook ISBN:
  9783736934580
• Print ISBN:
  9783869554587
• Edition: 1

Gegenstand der vorliegenden Arbeit ist die Qualifikation instationärer Druckmesstechnik fürden Einsatz unter den extremen Bedingungen in einer Radialturbine mit variabler Turbinengeometrie(VTG) eines Abgasturboladers. Hierfür wurden Sonden nach dem Prinzip der Infinite-Tube-Messtechnik ausgelegt, kalibriert und erfolgreich appliziert.Die Kalibrierung erfolgte jeweils im Stoßrohr und am Turbolader im kalten Betriebszustand.Während im Stoßrohr nur akustische Signale vorliegen, setzt sich im Turbolader das Signalaus hydrodynamischen und akustischen Anteilen zusammen. Es zeigte sich, dass die ITTMesstechnikreibungsbedingte, hydrodynamische Fluktuationen vollständig dämpft und akustischeEffekte von diesen isoliert. Der Einsatz beider Kalibriermethoden ermöglichte es unterAusnutzung dieser besonderen Eigenschaft der ITT-Sonde im ersten Schritt ein sog. "IndirektesVerfahren" zu entwickeln. Dadurch gelang es erstmalig, allein aus den Signalen vonzwei gegenüber bisher hierfür drei erforderlichen Sensoren (bekannt als 3-Mikrophon-Methode) den akustischen und den hydrodynamischen Signalanteil zu separieren. Im Hinblickauf den Einsatz der Messtechnik im heißen Betriebszustand und vor dem Hintergrund, dass die im kalten Betriebszustand des Turboladers ermittelte Charakteristik nur auf eineneingegrenzten Frequenzbereich und damit einen Teil des Kennfeldes beschränkt ist, wurdedes Weiteren das "Direkte Verfahren" entwickelt. Durch Einführung der Reibungskraft undVerknüpfung der experimentell ermittelten Charakteristika mit dem Geschwindigkeitsdreieckkonnte durch diese Arbeit erstmals eine formelmäßige Beschreibung in Form einer Exponentialfunktiongeliefert werden, die eine Extrapolation des Verhaltens in Abhängigkeit der Frequenzund somit die Beschreibung des gesamten Kennfeldbereichs ermöglicht.Anschließend wurde die Messtechnik erfolgreich am Turboladerprüfstand unter heißen Versuchsbedingungeneingesetzt und mittels des im Stoßrohr ermittelten Übertragungsverhaltensausgewertet. Die Versuche umfassten stationäre Betriebspunkte sowie transiente Betriebszustände, welche zum einen bei geöffneter VTG durch Drosselung, zum anderen durchdie Drehzahlvariation über die VTG-Verstellung eingestellt wurden. In den gemessenenSpektren konnten zwei subsynchrone Effekte – eine schwingungsinduzierte Rotorinstabilitätinfolge Gleitlageranisotropie und eine infolge strömungsinduzierter Turbulenz stromab desTurbinenlaufrades aufgezeigt werden. Zusätzlich zu diesen Effekten konnte die Unwuchterfasst werden, welche sich wie eine Schwingung gegenüber der Sonde verhält. ErzwungeneSchaufelschwingungen, angeregt durch die Nachlaufdellen der VTG und der potentialtheoretischenWechselwirkung, die sich in der Kalibrierung bereits andeuteten, konnten in denHeiß-Messungen tendenziell bestätigt werden. Die endgültige Bestätigung können jedochnur Messungen bringen, die parallel zu Schaufelschwingungsmessungen mit konventionellenVerfahren wie z.B. der BSSM (berührungslose Schaufelschwingungsmessung) erfolgen.