Das Labor verfügt über folgende Prüfstände:

  • Windkanal
  • Radialventilatorprüfstand
  • Kleindampfturbine
  • Turboverdichter
  • Schaufelschwingungsprüfstand
  • Rohrreibungsprüfstand
  • Wasserturbinenprüfstand
  • Kreiselpumpenprüfstand
  • Axialventilator
  • Messdatenerfassungssystem
    • Windkanal

      An der FH Lübeck wurde ein Windkanal Göttinger Bauart ausgelegt und konstruiert und im Auftrag der Fachhochschule gefertigt. Der Kanal steht senkrecht und hat eine Länge von etwa 12,5 m und eine Höhe von 4,2 m. Das Kontraktionsverhältnis der Düse beträgt N = 4,55. Der Düsenaustrittsquerschnitt hat die Abmessungen ADÜSE = 0,665 m x 0,665 m, die maximale Länge der Messstrecke beträgt Lmax = 1,43 m. Es wird eine maximale Blasgeschwindigkeit von cmax = 60 m/s erreicht. Der Antrieb des einstufigen Ventilators mit Nachleitrad erfolgt durch einen drehzahlgeregelten Gleichstrommotor mit 4-Quadranten-Betrieb, der eine maximale Kupplungsleistung von PK = 53 kW liefert. Der Motor hat zwei Wellenenden mit im Stillstand schaltbaren Kupplungen, so dass er wahlweise den Ventilator des Windkanals bzw. den Turboverdichter antreiben kann.

      Messtechnik

      • Stationäre Geschwindigkeitsmessungen durch Prandtl-Rohre und Fünflochsonden, instationäre Geschwindigkeitsmessungen durch Hitzdrahtanemometrie.
      • Geschwindigkeitsmessung mit Laser-Doppler-Anemometrie.
      • Druckverteilungsmessungen mit LAN Druckscanner Netscanner 98RK-1 für 48 Kanäle.
      • Strömungssichtbarmachung mit Nebelgenerator und Nebelsonde sowie Laser-Lichtschnitt-Technik.
      • Detektion von turbulenten Schwankungen in der Strömung mit der Heißfilmmesstechnik
      • Rechnergestütze Messung von Kräften und Momenten auf umströmte Körper durch eine 6-Komponenten-Windkanalwaage.
      • Positionierung der Mess-Sonden mittels Sondenverstellvorrichtung in der gesamten Messstrecke. Die Verstellung erfolgt über rechnergesteuerte Schrittmotoren.

      Praktikumsversuche

      • Tragflügelversuch
      • Modellwindturbine
      • Kugelversuch

       

       

    • Radialventilatorprüfstand

      Der Radialventilatorprüfstand wurde als Normprüfstand in Kammerbauweise gemäß DIN 24163, Teil 2 konstruiert. Die Luft wird durch eine Viertelkreisdüse (1) mit dem Innendurchmesser DDü=209,8 mm aus der Umgebung angesaugt. Sie strömt anschließend durch ein zylindrisches Rohrstück (2), einen Diffusor (3) und ein Übergangsstück (4) zu einer Klappendrossel (5), die den Volumenstrom drosselt bzw. den Druck absenkt. Die Drossel besteht aus 6 gegenläufig verstellbaren Klappen, die durch einen Elektromotorantrieb (6) über ein Steuergerät (7) verstellt werden können. An die Drossel schließt sich die quadratische Beruhigungskammer (8) mit den Innenquerschnittsmaßen 750 mm x 750 mm an, die mit einem Lochblech und zwei Sieben ausgerüstet ist. Die Beruhigungskammer ist so ausgelegt, dass dort auch Untersuchungen von Wärmetauschern durchgeführt werden können. Aus der Beruhigungskammer strömt die Luft durch eine Viertelkreisdüse in die Ventilatoransaugleitung (9). Der einstufige Radialventilator (10) mit freiem Ausblasstutzen (11) weist die folgenden Auslegungsdaten auf:

      - Hersteller: Pollrich Ventilatoren GmbH
      - Typ: VR 40S20C1UK0560RG360MMU0
      - Laufradaußendurchmesser D = 0,56 m
      - Max. Drehzahl nmax = 3000 min-1
      - Totaldruckerhöhung (Ausleg.) Dpt = 4500 Pa
      - Volumenstrom (Ausleg.) V = 1,75 m
      - Wellenleistung (Ausleg.) Pk = 9,4 kW
      - Motor: Siemens Drehstromm. Pmax = 11 kW

      Zwischen den Kupplungen von Ventilator und Antriebsmotor ist eine Drehmoment-Messwelle (12) montiert, die das Drehmoment des Antriebsmotors (13) erfasst. Der Motor ist mittels eines mobilen Frequenzumrichters (14) stufenlos drehzahlregelbar.

        Messtechnik

        • Viertelkreisdüse zur Messung des Volumenstroms
        • Prandtl Rohr mit manueller Verstelleinheit
        • Laser-Doppler-Anemometers (LDA) der Fa. Ila mit 2-achsiger Traversiereinheit
        • Infrarot Drehzahlmesser, Quecksilberbarometer, Aspirationspsychrometer
        • Digitale Handmessgeräte für Differenzdruck und Temperatur
        • Schallpegelmesser mit FFT Spektrum Analyse Drehmomentmesswelle mit Messverstärker

        Praktikumsversuche

        • Geschwindigkeits- und Durchflussmessung von Gasen
        • Kennlinien- Geräuschmessungen an einem Radialventilator
      • Kleindampfturbine

        Im Versuchskesselhaus ist eine komplette Dampfkraftanlage mit einer einkränzigen Kleindampfturbine des Herstellers Kühnle, Kopp & Kausch (KKK) installiert. Sie liefert bei einem maximalen Dampfverbrauch von 500 kg/h eine Kupplungsleistung von PK = -30 kW, die durch eine Wirbelstrombremse abgebremst wird. Die pendelnde Lagerung der Wirbelstrombremse gestattet eine Drehmomentmessung. Die Auslegungsdrehzahl beträgt n = 8500 min-1, bei einer Schnellschlussdrehzahl von 9350 min-1 wird die Turbine durch die mechanische Schnellschlusssicherung (Schnellschlussbolzen) und durch eine SPS Betriebsüberwachung außer Betrieb gesetzt.

        Bei dem Dampferzeuger, der 2007 im Zuge einer Modernisierung aufgestellt wurde, handelt es sich um einen LOOS-Flammrohr-Rauchrohrkessel Universal Typ UHD 800. Die Sattdampfleistung beträgt 600 kg/h bei einem Betriebsüberdruck von 16 bar.

        Weitere wichtige Anlagenteile sind der Rohrbündelkondensator für den Abdampf der Turbine mit angeschlossenem außenliegendem Kühlturm und die Speisewasseraufbereitungsanlage.

        Messtechnik

        • Dampfblenden mit Differenzdrucksensoren und Thermoelementen
        • Barometer, Röhrenfedermanometer
        • Gaszähler und Kalorimeter für Erdgas
        • Wirbelstrombremse mit Drehzahl- und Drehmomentmessung
        • Agilent Messdatenerfassungssystem mit drei Messeinschüben
        • Agilent VEE Software zur Versuchsauswertung

        Praktikumsversuche

        • Thermodynamische Messungen an einer Dampfturbine – Dampfturbinenversuch
        • Kesselwirkungsgrad
      • Turboverdichter

        Aus Ersatzteilen eines serienmäßigen MAN-B&W Abgasturboladers für Schiffsdieselmotoren wurde an der FH Lübeck der Prototyp eines einstufigen Radialverdichters konzipiert, gefertigt und in Betrieb genommen. Die messtechnische Ausrüstung des Prüfstandes wurde im Rahmen von Abschlussarbeiten durch Studierende vorgenommen.

        Die hohe Verdichterdrehzahl wird durch ein Spezialgetriebe der Fa. Stegherr erzeugt. Der Verdichter erhielt zusätzlich ein durch einen Schrittmotor verstellbares Vorleitrad. Das überkritisch laufende Verdichterlaufrad ist fliegend auf der Getriebeabtriebswelle gelagert. Bei der maximalen Drehzahl von nmax = 33000 min-1 wird ein maximales Totaldruckverhältnis von p t = 1,85 erreicht. Der maximale Ansaugvolumenstrom beträgt 0,63 m3/s. Die Antriebsleistung des Elektromotors erreicht PK = 53 kW.

        Der Turboverdichter kann auch als Luftversorgungsanlage zur Untersuchung von Armaturen oder Strömungsmaschinen eingesetzt werden.

        Messtechnik

        • Mobiles Messdatenerfassungssystem
        • Scanivalve Druckmesssystem mit 48 Kanälen, 15 psi
        • Netscanner Druckmesssystem mit 64 Kanälen, 1 psi, 15 psi
        • Schwingungsüberwachung des Laufrades durch induktives Abstands-Überwachungssystem und zwei Graphitstifte
        • Thermoelemente in allen thermodynamischen Ebenen
        • Druckmessung mit U-Rohren, Röhrenfedermanometer und Drucksensoren
        • Induktive Drehzahlmessung
        • 4 Kanal Digital Oszilloskop mit USB Datenspeicherung

        Praktikumsversuche

        • Thermodynamische Messungen an einem Turboverdichter - Turboladerversuch
      • Schaufelschwingungsprüfstand

        In einem Schaufelschwingungsprüfstand können Standschwingungsversuche mit Schaufeln axialer Strömungsmaschinen durchgeführt werden.

        Die Elastizität der Einspannung ist variabel. Die Schaufeln werden elektromagnetisch in beliebigen Frequenzen zu Schwingungen angeregt. Außer Schaufeln können auch andere stabförmige magnetische Bauteile angeregt werden.

         

         

        Messtechnik

        • Laser- Vibrometer zur Messung lokaler Schwingungsamplituden
        • Miniatur-Beschleunigungsaufnehmer IPE
        • DMS- Sensoren an der Schaufelwurzel mit Messverstärker
        • 4 Kanal Digital Oszilloskop mit USB Datenspeicherung
        • OROS 34 Schwingungsmesssystem, 4 Kanäle, Ethernet Link, FFT Analyse, Auswerte-Software
        • Wechselstromzange zur Messung des Erregerstroms

        Praktikumsversuche

        • Schwingungsuntersuchungen an Schaufeln axialer Strömungsmaschinen - Schaufelschwingungsversuch
      • Rohrreibungsprüfstand

        In einem geschlossenen Kreislauf mit Hochspeicherbehälter sind drei Messstrecken zur Bestimmung der Rohrreibungszahl λ bei laminarer und turbulenter Rohrströmung in Rohren unterschiedlicher Rauigkeit installiert. Durch entsprechende Einlaufstrecken wird sichergestellt, dass in den Messstrecken vollausgebildete Rohrströmung vorliegt.

        Durch zwei sehr kleine traversierbare Pitotsonden können das Einlaufprofil und das voll ausgebildete turbulente Geschwindigkeitsprofil der Rohrströmung aufgenommen werden.

        Messtechnik

        • Mobiles Messdatenerfassungssystem
        • Flügelrad-Wasserzähler, Ringkolben-Wasserzähler
        • Druckmultiplexer mit Magnetventilen und Präzisions- Drucksensor
        • U-Rohr Manometer
        • Thermoelement

        Praktikumsversuche

        • Bestimmung der Rohrreibungszahl λ
      • Wasserturbinenprüfstand

        Die Anlage des Prüfstandes für hydraulische Strömungsmaschinen enthält neben den Kreiselpumpen auch einen Prüfstand mit einer Peltonturbine.

        Da keine Stauanlage vorhanden ist, wird der Wasserturbinenbetrieb durch eine der Kreiselpumpen simuliert. Die Turbine des Herstellers Voith ist für eine Nutzfallhöhe von H = 45 m, einen Wasservolumenstrom von Q= 40 m3/h und eine Leistung von PK = -3,68 kW ausgelegt. Die Nenndrehzahl erreicht n = 1100 min-1. Die Turbine wird durch einen Prony’schen Zaum abgebremst.

        Da das Laufradgehäuse teilweise aus Plexiglas hergestellt ist, lassen sich bei Einsatz eines Stroboskops die Strömungsverhältnisse im Turbinenlaufrad gut erkennen.

        Messtechnik

        • Drehmomentmessung durch den Prony’schen Zaum
        • Infrarot- Drehzahlmessgerät
        • Röhrenfedermanometer
        • Digital Stroboskop

        Praktikumsversuche

        • Peltonturbinenversuch
      • Kreiselpumpenprüfstand

        Im Kreiselpumpenprüfstand sind zwei einstufige Kreiselpumpen radialer Bauart installiert.

        Die Pumpe P1 (Hersteller: Grundfos; H = 46 m; Q=80 m3/h; polumschaltbarer Motor n = 2915/1465 min-1; PK = 15,0/3,0 kW) ist eine Inline-Pumpe, während Pumpe P2 (Hersteller Halberg, H = 53 m; Q= 72 m3/h; n=2950 min-1, PK = 11 kW) eine Normpumpe ist. Die Kreiselpumpenanlage erlaubt unterschiedliche Schaltungen (geschlossener Kreislauf, offener Kreislauf, Parallelbetrieb der Pumpen P1 und P2). Außerdem sind Messaufbauten zur Untersuchung von Armaturen möglich. Der Kreiselpumpenprüfstand ist mit dem Peltonturbinenprüfstand anlagentechnisch zum Prüfstand für hydraulische Strömungsmaschinen zusammengefasst.

        Messtechnik

        • Mobiles Messdatenerfassungssystem
        • Coriolis-Massenstrommessgerät, Ultraschallmessgerät, magnetisch-induktives Messgerät
        • Druckmultiplexer mit Magnetventilen und Präzisions- Drucksensor, U-Rohr Manometer
        • Röhrenfedermanometer, Drucktransmitter mit Display
        • Drosselgeräte (Kurzventuridüse, Düse, Blende)
        • Infrarot- Drehzahlmessgerät, Leistungsmessgerät

        Praktikumsversuche

        • Abnahmeversuche an Kreiselpumpen- Kreiselpumpenversuch
        • Volumen- und Massenstrommessung in Flüssigkeiten
      • Axialventilator

        Für Kennlinienmessungen an einer Axialmaschine wird der Axialventilator des Windkanals der FH-Lübeck verwendet. Der Ventilator des Herstellers Babcock hat die die Typbezeichnung AXN 12/56/1120 R2. Der Antrieb ist außenliegend und über ein Riemengetriebe mit dem Ventilator verbunden. Bei 1400 min-1 erzeugt die Maschine einen Volumenstrom von 97000 m³/h bei einer Gesamtdruckdifferenz von 1400 Pa mit einer Kupplungsleistung von 53 kW. Der Laufraddurchmesser beträgt 1120 mm. Das Laufrad ist aus Aluminium und hat 12 im Stillstand stufenlos verstellbare Laufradschaufeln. Der Ventilator ist mit einem Nachleitwerk ausgestattet, das aus 16 Leitschaufeln besteht.

        Messtechnik

        • Mobiles Messdatenerfassungssystem
        • Barometer, Hygrometer
        • 2 traversierbare Prandtl Rohre
        • Schrägrohrmanometer, U-Rohrmanometer, digitale Differenzdruckmessgeräte
        • Digitalmultimeter
        • Elektronische Drucksensoren und Thermoelemente

        Praktikumsversuche

        • Axialventilator
      • Mobiles Messdatenerfassungssystem

        Um an verschiedenen Prüfständen in mehreren Gebäuden Messungen durchführen zu können, wurden einige wesentliche Geräte in einem mobilen Rack zusammengefasst. Es enthält zwei Messdatenerfassungssysteme mit Steckplätzen für Module unterschiedlicher Funktion wie 20 Kanal-Multiplexer, 16 Kanal Digital Ausgang, 16 Kanal Digitaleingang mit Counter Funktion etc..

        Zur Versorgung von Sensoren und Schrittmotoren sind Netzteileinschübe eingebaut. Zur Schrittmotorsteuerung ist ein Schrittmotorcontroller montiert. Die Kommunikation mit dem jeweiligen Messrechner erfolgt über GBIP, USB und LAN Schnittstellen.

        Die Software zur Steuerung des mobilen Messdatenerfassungssystems und zur Auswertung der Messungen wird mit der grafischen Entwicklungsumgebung Keysight VEE Pro und der Programmiersprache Delphi im Hause erstellt.

      • Für Strömungssimulation

        Software

        Für die Strömungssimulation werden 2 Softwaresysteme eingesetzt. Als kommerzielles System wird ANSYS CFX  mit Research und Academic Lizenzen verwendet. In der ANSYS Workbench Umgebung werden in der Lehre alle Module von der Geometrie über Vernetzung und Preprozessor bis zu Solver und Postprozessor verwendet. Kopplungen von CFD- Struktur Rechnungen werden gemeinsam mit der FEM-Abteilung der FH-Lübeck in der Workbench realisiert.

        Als zweites Softwaresystem steht OpenFOAM als Open Source Code zur Verfügung. Dieses beinhaltet Gittergeneratoren, verschiedene Solver und ParaView als Postprozessor. Schnittstellen ermöglichen den Datenaustausch zwischen beiden Systemen.

        Hardwareausstattung

        Beide Software-Pakete sind auf einem Blade Server mit 128 Kernen installiert. Dieser ermöglicht das parallele Rechnen von mehreren Jobs. Die Jobverwaltung wird mittels Remote Solver Lösungen durchgeführt. Des weiteren stehen zwei Workstations mit erhöhter Rechen- und Grafikkapazität für das Postprocessing und das Aufsetzen der CFD- Rechnungen zur Verfügung. Über das Hochschulnetz sind diese Kapazitäten in Lernräumen mit Arbeitsplatzrechnern und Büros für die Studierende und Mitarbeiter verfügbar.