Ingersoll Rand Energy Systems verbessert Mikroturbine mit Hilfe der Software FloEFD.Pro


Die Software FloEFD.Pro hilft Ingersoll Rand Energy Systems dabei, das Plenum einer Turbine zu optimieren und die Herstellungskosten zu senken.

June 2007

Bei Ingersoll Rand Energy Systems ist es mit Hilfe der Software FloEFD.Pro von Flomerics zur rechnergestützten Simulation von Strömungsverhältnissen (CFD) gelungen, den Herstellungsprozess des Plenums der Mikroturbine MT250 erheblich zu vereinfachen. Das neue Plenum lässt sich günstiger herstellen und bietet dazu noch eine höhere Leistung als sein deutlich komplexerer Vorgänger. Bisher waren für die Erprobung neuer Entwicklungen sehr aufwändige Versuche auf dem Prüfstand erforderlich. Die Untersuchung einer größeren Zahl von Varianten war so nicht möglich. „Mit FloEFD.Pro konnten wir in kürzester Zeit 15 verschiedene Varianten untersuchen, ohne ein einziges Stück Metall anzufassen," erklärte Toni Stamenov, Entwicklungsingenieur bei Ingersoll Rand Energy Systems. „Eine dieser Varianten liefert dieselbe Leistung wie die frühere Ausführung, obwohl sie in der Herstellung deutlich günstiger ist, weil kein Hydroforming erforderlich ist."

Die Mikroturbine MT250 ist eine robuste 250 kW-Turbine, deren Komponenten direkt gekuppelt sind, mit einem patentierten Rekuperator und einer patentierten Brennkammer, die strenge Umweltauflagen erfüllt. Das Plenum leitet die von außen einströmende Luft zum Verdichterbereich der Turbine. Dabei soll die Luft so in die Turbine geleitet werden, dass die Strömungsgeschwindigkeit über den gesamten Querschnitt gleich ist, der Druckabfall möglichst gering bleibt und alle von den übrigen Teilen der Turbine vorgegebenen Grenzwerte eingehalten werden. Die ursprüngliche Lösung zum Plenum der MT250 erreichte diese Vorgaben mit Hilfe einer äußerst komplexen Geometrie, die nur im Hydroforming-Verfahren mit sehr hohen Herstellungskosten produziert werden konnte.

Nach der Einführung der Turbine nahm Stamenov ein Projekt in Angriff, um die Herstellungskosten für das Plenum zu senken. Sein Ziel war eine neue Lösung, die bei gleicher Leistung zu niedrigeren Kosten gebaut werden konnte. „Mit der alten Methode, einzelne Prototypen zu bauen und zu erproben, wäre dieses Unternehmen zu teuer, zu langwierig und schlichtweg nicht realisierbar gewesen," so Stamenov. „Mit der EFD Software können wir unsere Entwicklung in viel kürzerer Zeit untersuchen." FloEFD.Pro, die Version, die Stamenov nun einsetzt, ist in die CAD-Software Pro/ENGINEER eingebettet, und die Umwandlung der CAD-Modelle in CFD-Modelle für die Strömungssimulation geschieht automatisch.

Stamenov erstellte zuerst ein Modell der ursprünglichen Geometrie, und die Simulation stimmte mit den Messergebnissen innerhalb von 1 % überein. Anschließend änderte er die Geometrie dort, wo sie so aufwändig in der Herstellung war. Insgesamt untersuchte er nacheinander 15 verschiedene Varianten, wobei jeweils die Erkenntnisse aus der letzten Version einflossen. Die Ergebnisse der Strömungssimulation waren sehr viel aussagefähiger als die Versuche auf dem Prüfstand, denn sie lieferten nicht nur einzelne Messwerte, wie den Druckabfall und die Strömungsgeschwindigkeit, sondern auch Informationen, die sich in der Praxis nicht messen lassen, z.B. Druck und Geschwindigkeit des Luftstroms an jedem beliebigen Punkt im Plenum.

Stamenov entwickelte eine Form, die einen geringeren Druckabfall als das ursprüngliche Plenum hat und damit einen höheren Wirkungsgrad des Verdichters erlaubt. Der eigentliche Vorteil dieser Konstruktion ist jedoch, dass sie sich in jeder beliebigen Werkstatt und damit viel billiger herstellen lässt, als die ursprüngliche Ausführung. Die neue Version erleichtert außerdem die Montage und den Service der Turbine, denn die Installationszeit beträgt jetzt nur noch 10 Minuten statt einer Stunde. Stamenov ließ einen Prototyp der neuen Ausführung anfertigen und testete ihn auf dem Prüfstand. Auch hier stimmten die Ergebnisse auf 1 % überein. „Die neue Ausführung konnte binnen weniger Monate nach dem Beginn der Untersuchungen in die Produktion gehen," freut sich Stamenov.

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Über Ingersoll Rand Energy Systems
Ingersoll Rand Energy Systems entwickelt Systeme zur dezentralen Energieerzeugung und fortschrittliche thermische Technologien, die Brennstoffkosten und Emissionen senken, den Wartungsbedarf verringern und eine hohe Lebensdauer gewährleisten. Das Unternehmen hat sich auf die Entwicklung von Mikroturbinen (70 und 250 kW) spezialisiert, die zuverlässig und umweltfreundlich Energie zur Einspeisung in das Stromnetz erzeugen. Ingersoll Rand Energy Systems liefert außerdem Lösungen mit Mikroturbinen, um schädliche Gase aus Klärwerken, Mülldeponien, der Nutztierhaltung sowie Produktionseinrichtungen für Öl und Gas vor Ort mit vergleichsweise geringen Emissionen kostengünstig in Energie umzuwandeln. Die besondere Stärke von Ingersoll Rand Energy Systems liegt in der Entwicklung von Lösungen, die an die spezifischen Unternehmensziele der Kunden angepasst sind. Die Programme des Unternehmens für Wartung, Kundendienst, Leasing und Finanzierung sind führend im Bereich Mikroturbinen und Rekuperatoren. Weitere Informationen erhalten Sie unter: energy.ingersollrand.com

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