Jochen Manara

Entwicklung und Test eines langwelligen Strahlungsthermometers zur berührungslosen Temperaturmessung in Gasturbinen während des Betriebs

Zusammenfassung Das Ziel dieser Arbeit bestand in der Entwicklung eines langwelligen Strahlungsthermometers zur berührungslosen Messung von Oberflächentemperaturen in stationären Gasturbinen während des Betriebs der Turbinen innerhalb des EU-geförderten Projektes „Sensors Towards Advanced Monitoring and Control of Gas Turbine Engines (Acronym STARGATE)“. Im Rahmen der Arbeit wurden die infrarot-optischen Eigenschaften der Wärmedämmschichten und der vorhandenen Brenngase am ZAE Bayern bei hohen Temperaturen bis 1600 K und Drücken bis 13 bar bestimmt. Mit Hilfe dieser experimentellen Charakterisierungen konnte ein geeigneter Spektralbereich um 10 μm für das langwellige Strahlungsthermometer identifiziert werden. Entsprechend dieser Erkenntnisse wurde zunächst ein Laboraufbau mit geeigneten optischen Bauteilen (Filter, IR-Wellenleiter, etc.) realisiert und verifiziert. Anschließend wurde ein Prototyp für Messungen in Gasturbinen während des Betriebs der Turbinen entwickelt und in einem Turbinenteststand der Firma Siemens AG in Berlin erfolgreich getestet. Abschließend wurde eine Unsicherheitsanalyse durchgeführt, die eine erweiterte Messunsicherheit der gemessenen Temperaturen von etwa ± 30 K ergab.

Niedrigemittierende Funktionsschichten auf Membranen zur Erhöhung der Energieeffizienz

Zur Verbesserung der Warmedammung von Membranbauten sowie zur Erhohung der Energieeffizienz von Gebauden beim Einsatz von Membranen wurden vom ZAE Bayern in Kooperation mit der Firma Verseidag-Indutex GmbH niedrigemittierende (low-e) Funktionsschichten auf Membranen entwickelt. Bei diesen Schichten handelt es sich um Beschichtungen, die IR-aktive Pigmente enthalten, welche die Warmestrahlung teilweise reflektieren und damit die “low-e Eigenschaft” bewirken. Durch eine geeignete Auswahl und Dispergierung dieser Pigmente kann ein thermischer Emissionsgrad zwischen 0, 1 und 0, 3 erreicht werden. Daruber hinaus ist es moglich, die IR-aktiven Pigmente mit Farbpigmenten zu kombinieren, um einen masgeschneiderten Farbeindruck mit der “low-e Eigenschaft” zu vereinen. Durch die Verminderung der Warmeabstrahlung der Membranoberflache kann die Warmedammung ein- oder mehrlagiger Membrankonstruktionen, abhangig von den Randbedingungen, deutlich verbessert werden. An einem Objekt, in dem die low-e Membranen erstmals eingebaut wurden, konnte der Effekt der low-e Beschichtung mithilfe einer Warmebildkamera anschaulich demonstriert werden. Low emitting functional coatings on membranes for improving energy efficiency For improving the thermal insulation of membrane structures as well as for increasing the energy efficiency of buildings using membranes, ZAE Bayern developed a low emitting (low-e) coating on membranes together with Verseidag-Indutex GmbH. These coatings contain IR-active pigments which partially reflect infrared radiation and therefore provoke the “low-e effect”. By choosing suitable pigments and by practically dispersing the pigments a thermal emittance between 0.1 and 0.3 was achieved. Beyond that it is possible to add color pigments to the coating in order to combine the “low-e effect” with a customized color impression. By reducing the emission of thermal radiation from the membrane surface it is possible to significantly enhance the thermal insulation of a single or a multi-layered membrane system. The developed membranes were firstly integrated in a building where the effect of the low-e coating was demonstrated by an IR-camera.