Auslegung der Radialverdichterstufe einer Mikrogasturbine

In einer Kooperation sind wir in die Entwicklung einer Mikrogasturbine involviert, die in einem Leistungsbereich um 30kW angesiedelt werden soll. In dieser Größenordnung eignen sich als Komponenten für die Turbogruppe der Gasturbine besonders Radialmaschinen, mit denen auch bei kleinen und mittleren Massenströmen effizient große Druckverhältnisse realisiert werden können. Unser Aufgabenbereich ist dabei zunächst hauptsächlich auf die Dimensionierung und Auslegung dieser Turbogruppe fokussiert.

Im ersten Schritt wurde, ausgehend von Designmassenstrom, Totaldruckverhältnis und Drehzahl, mittels einer 1D-Auslegung die Grundgeometrie von Laufrad, beschaufeltem Diffusor und Spiralgehäuse berechnet und durch CFD-Rechnungen überprüft. Der zweite Schritt bestand in der Parametrisierung der Grundgeometrie und einer anschließenden 3D-Optimierung, um einen für den Designmassenstrom optimalen Wirkungsgrad zu gewährleisten. Zusätzlich wurde in jedem Designschritt die Festigkeit der Radialverdichterstufe mittels einer FEM-Rechnung überprüft, um im späteren Betrieb die strukturelle Integrität der gesamten Baugruppe zu sicher zu stellen.