InnoTurbine
Innovative Turbomaschinen für nachhaltige Energiesysteme. Teilvorhaben: Faseroptische Sonden für Hochtemperaturmessungen im Gaskanal
Projektleiter:in
Laufzeit: 01.08.2020 - 31.07.2024
Projektträger: Projektträger Jülich, PtJ
Projekt- und Verbundpartner: Rheinisch Westfälische Technische Hochschule Aachen, Technische Universität Berlin, Technische Universität Dresden, Universität Duisburg-Essen, Leibniz Universität Hannover, Technische Universität München, Universität Stuttgart, Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e. V., MAN Energy Solutions SE, MTU Aero Engines AG, Rolls Royce Deutschland Ltd & Co. KG, Siemens Energy Global GmbH & Co. KG
Zum Gelingen der angestrebten CO2-Reduktion in der Energieversorgung Deutschlands sind innovative Turbomaschinen unabdingbar. Herausforderungen an moderne Gasturbinen stellen die Steigerung der Energieeffizienz, die erhöhte Brennstoffflexibilität (z. B. der verstärkte Einsatz von Wasserstoff) und die verbesserte Lastflexibilität. Letztere ist beispielsweise zum Ausgleich der hohen Variabilität der erneuerbaren Energien notwendig. An den Neuentwicklungen der Turbomaschinen ist die Hochschule München im Rahmen des Verbundvorhabens InnoTurbinE, das von der AG Turbo, einem Zusammenschluss von Weltmarktführern der Turbomaschinen-Industrie und deutschen Hochschulen, durchgeführt und im Rahmen des 7. Energieforschungsprogramms der Bundesregierung gefördert wird, beteiligt.
Im Teilvorhaben „Faseroptische Sonden für Hochtemperaturmessungen im Gaskanal“, das in enger Zusammenarbeit des HM-Labors für Photonik mit der MTU Aero Engines AG durchgeführt wird, sollen faseroptische Sensoren entwickelt werden, die neuartige experimentelle Untersuchungen an Gasturbinen zu deren Effizienzsteigerung ermöglichen.
Zur Messung der Totaltemperatur im Gaskanal werden Sonden mit Stauröhrchen (Kielköpfe) eingesetzt. Mit faseroptischen Sensoren sollen erstmals Totaltemperaturprofile mit 15 – 20 Messstellen hochgenau aufgelöst werden. Im Vergleich zu konventionellen Einzelpunkt Temperatursensoren weisen faseroptischen Sensoren durch ihre Multiplexfähigkeit eine größere Anzahl an Messstellen und einen erheblich geringeren Verkabelungsaufwand auf.
Im Speziellen werden sog. Faser-Bragg-Gitter (FBG) verwendet, die durch einen Hochtemperatur-Regenerationsprozess einen Einsatz bis zu 700°C ermöglichen. Diese Sensoren werden mit einem laserbasierten Verfahren in dem Labor für Photonik der Hochschule München entwickelt. Durch Reduzierung der RFBG-Länge auf ≤1mm und des Messpunktabstands auf ≤2mm soll die Messpunktdichte gesteigert werden.
Zum Betrieb der optischen Faser im Gaskanal einer Turbine werden die notwendigen Aufbau- und Montagetechniken entwickelt. Der Einfluss dieser Montagetechnik auf das Messergebnis – bspw. durch Wärmeleitung – wird mithilfe von FEM-Simulationsrechnungen abgeschätzt.
Zuwendungsgeber:
