Tryckmätning i en bränsleflexibel mikrogasturbin
Till skillnad från konventionella elfordon som enbart drivs av batterier genererar teamets koncept elektrisk energi genom att förbränna hållbara bränslen i en specialutvecklad förbränningskammare. De heta gaser som bildas driver en turbin som i sin tur driver en generator, vilket skapar en kompakt räckviddsförlängare som kan drivas med flera olika förnybara bränslen.
Högtemperaturtryckmätning för hållbar elproduktion
För att verifiera systemets prestanda var noggranna tryckmätningar vid höga temperaturer avgörande. Althen Sensors & Controls levererade högtemperaturtryckgivare utrustade med temperaturisolatorer, vilket möjliggjorde tillförlitliga tryckmätningar på platser där konventionella tryckgivare inte kunde användas på ett säkert sätt.
Generera elektrisk energi från hållbara bränslen
Eco-Runner Team Delft är ett av Delft University of Technologys (TU Delft) välkända Dream Teams och består av studenter från flera olika ingenjörsdiscipliner. Varje team ägnar ett läsår åt att konstruera, utveckla och validera ett nytt koncept för hållbar mobilitet.
Team XVI satte upp det ambitiösa målet att demonstrera en praktisk bränsleflexibel mikrogasturbin som effektivt kan generera elektrisk energi från hållbara bränslen. För att uppnå detta krävdes utvecklingen av en helt ny förbränningskammare och ett nytt turbinsystem som kunde motstå extremt krävande driftförhållanden.
Förstå tryckförhållandena
Under utvecklingsarbetet blev det avgörande att förstå tryckförhållandena i hela systemet. Standardtryckgivare är i allmänhet inte lämpliga för direkt installation i närheten av högtemperaturförbränningsprocesser. Projektet krävde därför givare som kunde mäta trycket med hög noggrannhet samtidigt som de skyddades mot den extrema termiska miljön. Althens tryckgivare med integrerad temperaturisolator erbjöd den lösning som behövdes.
Utmaningar och mätkrav
Utvecklingsteamet behövde noggranna tryckmätningar för att bestämma:
- kompressorns tryckförhållande;
- tryckfallet över turbinen;
- förbränningens verkningsgrad;
- systemets övergripande prestanda;
- optimering av bränsle-luftförhållandet;
- validering av simuleringsmodeller.
I kombination med temperatur- och massflödesmätningar gjorde tryckdata det möjligt för ingenjörerna att analysera den termodynamiska verkningsgraden och jämföra resultaten från verkliga tester med sina konstruktionsberäkningar.
De insamlade mätdata utgjorde dessutom en viktig grund för framtida förbättringar av både förbränningskammaren och den bränsleflexibla mikrogasturbinen.
Högtemperaturtryckgivare
Althen levererade två AHI2200 högtemperaturtryckgivare, vardera utrustad med en temperaturisolator.
AHI2200 bygger på Silicon-on-Sapphire sensor technology och är konstruerad för noggrann tryckmätning i krävande högtemperaturmiljöer. Givaren har en noggrannhet på 0,1 % och kan användas vid omgivnings- och medietemperaturer upp till 200 °C.
Temperaturisolatorerna gav ett extra termiskt skydd mellan hetgassystemet och tryckgivarna. Detta gjorde det möjligt att installera givarna nära förbränningsprocessen samtidigt som deras direkta exponering för de högsta temperaturerna minskades.
De två givarna användes för att mäta trycket på två olika platser i mikrogasturbinen:
- nedströms om förbränningskammaren;
- direkt nedströms om turbinen.
Genom att jämföra mätningarna från dessa positioner med trycket som uppmättes på andra ställen i systemet kunde teamet bestämma kompressorns tryckförhållande samt tryckfallet över turbinen.
Implementering
Tryckgivarna integrerades i mikrogasturbinens testuppställning under systemets utveckling.
Tryckmätningarna kombinerades kontinuerligt med temperatur- och massflödesdata för att utvärdera:
- kompressorns prestanda;
- turbinens verkningsgrad;
- förbränningsprestanda;
- systemets övergripande beteende.
Under hela utvecklingsprocessen jämfördes de uppmätta värdena med simuleringar och tekniska beräkningar. Detta gjorde det möjligt för teamet att verifiera prestandan hos konstruktionen av förbränningskammaren och bekräfta att systemet fungerade enligt de avsedda konstruktionskraven.
Stabila och tillförlitliga tryckmätningar
Tryckgivarna fungerade exakt som förväntat under hela testprogrammet. Trots de krävande driftförhållandena och de höga temperaturerna levererade de stabila och tillförlitliga tryckmätningar som överensstämde väl med de resultat som förutsagts i simuleringsmodellerna. Med hjälp av de insamlade mätdata kunde Eco-Runner Team Delft framgångsrikt validera förbränningskammarens prestanda och bekräfta att hela systemet fungerade enligt den avsedda konstruktionen.
De validerade tryckmätningarna utgjorde ett viktigt steg i den fortsatta utvecklingen av mikrogasturbinen och gjorde det möjligt för teamet att framgångsrikt demonstrera elproduktion med hjälp av ett bränsleflexibelt förbränningssystem.
"Samarbetet med Althen var snabbt, smidigt och mycket professionellt. Redan från den första kontakten hjälpte deras ingenjörer oss aktivt att analysera vår mätutmaning och identifierade snabbt en lämplig lösning. Kommunikation under hela projektet var tydlig, effektiv och praktisk. Deras vilja att fokusera på vad som var tekniskt möjligt, snarare än enbart på standardlösningar, gjorde samarbetet särskilt värdefullt för vårt team."
Althens bidrag
Genom att leverera högtemperaturtryckgivare med temperaturisolering gjorde Althen Sensors & Controls det möjligt att utföra noggranna tryckmätningar i en av de mest krävande delarna av mikrogasturbinen.
Kombinationen av lämplig sensorteknik, teknisk expertis och praktisk applikationskunskap gjorde det möjligt för Eco-Runner Team Delft att samla in de mätdata som krävdes för att validera sitt innovativa koncept för bränsleflexibel elproduktion.
