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Research Activitites

Quantifizierung von Flüssigkeitsfilmen auf Leit- und Laufradschaufeln in Axialverdichtern

Die gezielte Wassereinspritzung in Turboverdichtern, bzw. Axialverdichtern wird zur Prozessoptimierung und einer instantanen Leistungssteigerung eingesetzt. Durch das Einbringen von Wassertropfen wird die Leistungsaufnahme des Verdichters bei gleichbleibendem Druckverhältnis reduziert und trägt somit zu einer Steigerung der Energieeffizienz bei. In der Praxis angewandte Methoden stellen "Inlet Fogging", "Wet Compression", "Overspray Fogging" oder auch "Interstage Injection" dar. Während des Verdunstungsprozesses des Wassers wird ein Teil der sensiblen Wärme aus der Umgebungsluft in latente Wärme überführt, was die Eintrittstemperatur effektiv abgesenkt. Je nach eingespritzter Wassermenge können sich dabei innerhalb des Verdichters Flüssigkeitsfilmen auf Gehäusewand sowie auf Lauf- und Leitschaufeln der Stufen ausbilden. Das Forschungsvorhaben hat das Ziel, die Flüssigkeitsfilme auf den Lauf- und Leitschaufeln experimentell zu quantifizieren und die zugrunde liegenden physikalischen Prozesse näher zu beleuchten. Durch den Einsatz von innovativer Messmethoden sollen detaillierte Daten zur Verteilung, Dicke und Dynamik der Flüssigkeitsfilme gewonnen werden. In einem nächsten Schritt sollen diese Ergebnisse dazu genutzt werden den Einfluss benetzter Schaufeln auf die Aerodynamik und die Leistungscharakteristik zu analysieren. Für die experimentellen Untersuchung steht ein 4-stufiger Axialverdichter mit Eintrittsleitapparat und verstellbaren Leitschaufeln mit einer Wellenleistung von knapp 1 MW und einem Druckverhältnis von 1,9 zur Verfügung. Außerdem kann durch einen Strömungserhitzer, mit einer Leistung von circa 1,5 MW, stromauf des Verdichters die Eintrittsluft auf bis zu 100°C vorgeheizt werden um unterschiedliche Randbedingungen zu simulieren. Die Wassereinspritzung erfolgt mit demineralisiertem Wasser bei Drücken von bis zu 200 bar und Temperaturen bis zu 100°C.

Quantification of Liquid Films on Stator and Rotor Blades in Axial Compressors

Targeted water injection into turbo compressors, specifically axial compressors, is employed for process optimization and instantaneous performance enhancement. By introducing water droplets, the power consumption of the compressor at a constant pressure ratio can be reduced, thereby contributing to increased energy efficiency. In practice, methods such as inlet fogging, wet compression, overspray fogging, and interstage injection are applied.

During the evaporation process, part of the sensible heat of the inlet air is converted into latent heat, effectively lowering the inlet temperature. Depending on the injected water quantity, liquid films may form on the casing walls as well as on rotor and stator blades within the compressor.

The research project aims to experimentally quantify these liquid films on rotor and stator blades and to investigate the underlying physical mechanisms in more detail. By applying innovative measurement techniques, detailed data on the distribution, thickness, and dynamics of the liquid films will be obtained. In a subsequent step, these results will be used to analyze the influence of wetted blades on aerodynamics and compressor performance characteristics.

For the experimental investigations, a four-stage axial compressor with inlet guide vanes and adjustable stator blades is available, providing a shaft power of nearly 1 MW and a pressure ratio of 1.9. Furthermore, a flow heater with a capacity of approximately 1.5 MW can preheat the inlet air upstream of the compressor to temperatures of up to 100 °C, allowing for the simulation of different boundary conditions. The water injection is carried out with demineralized water at pressures of up to 200 bar and temperatures of up to 100 °C.