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HANNOVER MESSE 2018, 23. - 27. April
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Turbulenzen beherrschen

Optisches Tomographieverfahren zur Prozessoptimierung in Brennkammern.

Karlsruher Institut für Technologie

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Produktbeschreibung

Moderne Verbrennungsanlagen wie Gasturbinenbrennkammern werden unter brennstoffarmen Bedingungen betrieben, um die Entstehung von Stickoxiden zu verhindern. Unter diesen Bedingungen kommt es oft zu Verbrennungsinstabilitäten, die zu Schwingungen in der Brennkammer führen. Dies führt nicht nur zu starker Lärmbelastung im räumlichen Umfeld sondern beschleunigt auch den Verschleiß der Turbine. Bei der Verbrennung mit solch einer turbulente Flamme hat die Wärmefreisetzungsrate einen maßgeblichen Einfluss auf die instabilen Betriebszustände in der Kammer. Die Wärmefreisetzungsrate lässt sich jedoch nicht ohne weiteres messen.
Alternativ wird die Chemolumineszenz von Hydroxyl-Radikalen (OH*) gemessen, da sie in engem Zusammenhang mit der Wärmefreisetzungsrate steht. Die Chemolumineszenz wird mithilfe eines optischen Tomographieverfahrens erfasst. Aufgrund schneller Fluktuationen des turbulenten Verbrennungsvorgangs muss die Messung jedoch mit hoher räumlicher und zeitlicher Auflösung erfolgen, was durch die geringe Konzentration von OH* mit herkömmlichen Tomographieverfahren nicht möglich ist.
Die Lösung bietet ein Tomographieverfahren, das ein zuverlässiges Schnittbild innerhalb von etwa 100 Mikrosekunden erstellt. Anstatt einen einzelnen Messkopf um das Messobjekt zu rotieren, werden mehrere Teleskope unter bestimmten Winkeln um die Flamme angeordnet. Jedes dieser Teleskope enthält 90 Lichtleiter, die zu einem Lichtleiterkabel zusammengeführt werden und die Messsignale der Chemolumineszenz an eine CCD-Kamera weiterleiten. Zur Rekonstruktion des Flammenschnittbildes kommen nicht die üblicherweise verwendeten Verfahren gefilterter Rückprojektion zum Einsatz sondern solche, die auf einem Selbstkonsistenzverfahren beruhen. Diese reproduzieren die räumliche Verteilung der Chemolumineszenz genauer.
Durch Einsatz des neuen Tomographieverfahrens kann der Verbrennungsprozess ständig online überwacht und durch Variation der Brennstoffzufuhr geregelt werden.

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