Erwin Kaiser

Experimental Analysis of Varied Vortex Reducer Configurations for the Internal Air System of Jet Engine Gas Turbines

The continuous improvement of engine performance, combined with strict environmental and safety regulations and the reduction of time and cost of new products, is the major goal of the turbomachinery industry. Particular attention is being focused on the reduction of internal losses and weight, associated with the internal air system. The cooling air is normally bled by holes in the rotor from the main flow of the HP compressor, transported radially inwards towards the shaft and further transferred to the hot parts of the engine. The radial inflow creates vortices induced by the core rotation ratio, which create very high pressure losses and restrict the maximum cooling flow rate. The pressure loss depends strongly on the rotating speed and the mass flow rate. The vortex reducer prevents the development of vortices and therefore reduces the pressure loss. A key area of concern is to optimize the pressure loss concurrent with the use of new light weight or easy to manufacture configurations of vortex reducers. The material presented in this paper describes an experimental study, concentrating on a two cavity test rig for different internal cooling flow concepts. The test rig has steel discs, operating at engine representative flow and temperature conditions and permits several flow and heating modes with axial or/and radial flow configurations. The present work investigates the fluid flow for different vortex reducer configurations at different rotational speeds and its influence on the pressure loss. Particular attention was paid to the influence of size and location of the tubes. The experimental setup and the results concerning the pressure losses for the different configurations are presented.Copyright

Influence of Force Field Direction on Pressure Sensors Calibrated at Up to 12,000 g

The measurement of pressure within both stationary and rotating frames of reference is a fundamental requirement when studying the flow field through turbomachinery blading. Measurement of pressure within the rotating frame presents a particular challenge, as centrifugal acceleration of the sensor can have a significant impact on sensor calibration, and therefore accuracy of the resulting measurements. In this paper the telemetric calibration of pressure sensors at up to 12,000 g is described, and the impact on calibration of membrane size, sensor body shape, and sensor mounting direction is discussed. The program of work reported in this paper focuses on experimental issues associated with rotating pressure measurement. The combined effect of centrifugal load and pressure on integrally temperature compensated silicon pressure sensors is presented. Experimental results are given that provide insight into the influence of acceleration on pressure readings. Implementation of acceleration into sensor calibration is presented. Supplementary finite element calculations enable impact of sensor body shape to be taken into account during the evaluation of sensor acceleration-to-pressure sensitivity ratio. Different sensors with varied membrane sizes and acceleration force directions are examined and compared.

Oberflächentemperaturmessung mit Flüssigkristallen für Strömungsvisualisierung (Surface Temperature Measurement with Liquid Crystals for Flow Visualisation)

Abstract Die Verteilung der Oberflächentemperatur auf überströmten Flächen enthält Informationen über die wandnahe Strömung. Flüssigkeitskristalle und die Auswertung mit der digitalen Bildverarbeitung gestatten Temperaturmessungen für schwierige Messbedingungen. Die effektiven dynamischen Eigenschaften sind abhängig vom Wandmaterial; das wird experimentell und rechnerisch demonstriert. Betrachtet werden pneumatische Impulse sowie Strömungen an einer schnell rotierenden Scheibe und in rotierenden Kammern.

Streulichtmessungen in Luft zur Strömungsvisualisierung in rotierenden Kammern (Stray Light Measurement in Air for the Visualisation of Air Flow in Rotating Cavities)

Abstract Die Strömungsmessung in rotierenden Kammern mit hinzugefügten Teilchen der Größenordnung 1 bis 10μm wird durch die Fliehkraft erschwert, sodass Verfahren wie z.B. LDA oder PIV versagen können. Durch Beimischung von Rauch (0,01 bis 1μm) zur Luft in der Rotorkammer wird die Strömung mit Hilfe stroboskopischer Beleuchtung visualisiert. Rauchteilchen sind zu klein und in der Konzentration zu groß für LDA und PIV. Die beschriebene Methode gestattet mit Hilfe von Videotechnik und Bildverarbeitung die Auswertung hinsichtlich der Rauchkonzentration in guter örtlicher und zeitlicher Auflösung für den Rückschluss auf die Strömung in der Kammer.

Temperaturmessung mit Berührungsthermometern an Festkörpern

Bei Temperaturmessungen in und an Festkorpern muss von einer Ruckwirkung des Thermometers auf die Temperatur des Messobjekts und nicht zu vernachlassigenden Temperaturgradienten und Warmestromen im Messobjekt ausgegangen werden. Die daraus resultierenden thermischen Messfehler konnen fur eine konkrete Messsituation mit Modellrechnungen abgeschatzt werden (19 Beispielsrechnungen).

Influence of Force Field Direction on Pressure Sensors Calibrated at up to 12000g

The measurement of pressure within both stationary and rotating frames of reference are a fundamental requirement when studying the flow field through turbomachinery blading. Measurement of pressure within the rotating frame presents a particular challenge, as centrifugal acceleration of the sensor can have a significant impact on sensor calibration, and therefore accuracy of the resulting measurements. In this paper the telemetric calibration of pressure sensors at up to 12,000g is described, and the impact on calibration of membrane size, sensor body shape and sensor mounting direction discussed. The program of work reported in this paper focuses on experimental issues associated with rotating pressure measurement. The combined effect of centrifugal load and pressure on integrally temperature compensated silicon pressure sensors is presented. Experimental results are given that provide insight into the influence of acceleration on pressure readings. Implementation of acceleration into sensor calibration is presented. Supplementary finite-element calculations enable impact of sensor body shape to be taken into account during the evaluation of sensor acceleration-to-pressure sensitivity ratio. Different sensors with varied membrane sizes and acceleration force directions are examined and compared.Copyright

Ultraschall-Werkstoffprüftechnik für Untersuchungen an Fluid-Strömungen mit Blasen/Partikeln (An Ultrasonic Test Set-up for Measuring Fluid-Flows with Bubbles or Particles)

Abstract Ultraschall-Werkstoffprüftechnik ist für Messungen an Blasenströmungen einsetzbar. Die bisherige Mess- und Auswerte-Konzeption ermöglichte Messungen an maximal zwei Orten. Die sinnvolle Messzeit war auf 2 s begrenzt. Einige Aufgaben erfordern Messzeiten von mindestens 120 s und gleichzeitige Messungen an vielen Orten. Nach einer Analyse und Beseitigung der Schwachstellen sind Messungen an 8 Orten und mehr als 180 s effektive Messzeit möglich. Zusätzlich konnte die Auflösung von 4 ms auf 1 ms verbessert werden.

Elektromagnetischer Sensor zur Detektion der Flüssigkeits- und Gasbewegung bei aufsteigenden Blasen in Flüssigmetall (Electromagnetic Sensor for the Detection of Liquid and Gas Movement Induced by Ascending Bubbles in Liquid Metal)

Abstract Die Bewegung von opaker, elektrisch leitender Flüssigkeit (hier Flüssigmetall), besonders in engen, stehenden Rohren mit Gasinjektion (z.B. airlift pumps), soll ohne in den Querschnitt ragende Sensoren gemessen werden. Untersucht wird eine elektromagnetische Geschwindigkeitsmessanordnung mit Wandelektroden in einer Quecksilbersäule mit Argonblasen. Aus Spannungsverlauf und injiziertem Gasvolumenstrom werden Richtung und Größe der Flüssigmetallbewegung sowie Blasenbewegung und -abmessung ermittelt.

Dynamic measuring error correction of encapsulated auxiliary wall heat flux sensors made of film resistance thermometers

Abstract A mathematical correction of the dynamic measuring error associated with encapsulated heat flux sensors can normally be obtained by solving the inverse heat conduction problem. An approximation using information theory is considered here. In contrast to a temperature sensor, the time constant of a heat flux sensor is assumed to be independent of the heat transfer coefficient.