Systematische Analyse von Druckluftleckagen
Stuttgart : Universität Stuttgart, Institut für Energiewirtschaft und Rationelle Energieanwendung, 2021
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Die Steigerung der Energieeffizienz ist das zentrale Element der Strategie der Bundesregierung, um das Gelingen der Energiewende zu erm��glichen. Bis zum Jahr 2050 soll der Prim��renergieverbrauch um 50 % gesenkt werden. Der Strombedarf industrieller Druckluftsysteme in Deutschland betr��gt circa 16 TWh/a, was einem Anteil von 7 % des Gesamtstrombedarfs der Industrie entspricht. Gleichzeitig existieren gro��e, wirtschaftliche Einsparpotentiale im Bereich der Druckluftsysteme. Das gr����te Einsparpotential, mit einer Einsparung von bis zu 2,5 TWh/a, liegt in der Identifikation von Druckluftleckagen und deren Beseitigung. Trotz des gro��en Potentials sind Druckluftleckagen wenig wissenschaftlich untersucht. Ziel dieser Arbeit ist es, Druckluftleckagen systematisch zu untersuchen. Hierzu fokussiert sich die Arbeit auf drei Forschungsschwerpunkte: Leckageberechnungen, Leckagestr��me und Leckagequantifizierung. Zun��chst werden die physikalischen Grundlagen von Druckluftleckagen hergeleitet, auf deren Basis ein Berechnungsmodell f��r den Leckagestrom entwickelt wird. Die beiden weiteren Kernthemen werden experimentell untersucht, hierf��r wird ein Versuchsstand konzipiert und aufgebaut. Im zweiten Forschungsschwerpunkt werden die Leckagestr��me einer gro��en Anzahl an Pr��fk��rpern mit idealisierter und realit��tsnaher Leckagegeometrie ermittelt. Ebenso werden m��gliche Einflussfaktoren auf den Leckagestrom von Leckagestellen untersucht. In einem letzten Schritt wird ��berpr��ft, inwiefern sich die Schallsignale einer Druckluftleckage eignen, um den Leckagestrom anhand des Signals indirekt zu quantifizieren. Die Ergebnisse der Arbeit teilen sich auf die betrachteten Forschungsschwerpunkte auf. In Bezug auf das Themenfeld Leckageberechnungen werden analytische Gleichungen aufgestellt, die eine idealisierte Bestimmung des Leckagestroms erm��glichen. Das entwickelte Berechnungsmodell erm��glicht die Durchf��hrung von Sensitivit��tsanalysen relevanter Eingangsparameter. Bei der experimentellen Untersuchung von Leckagen k��nnen die wichtigsten Einflussfaktoren auf den Leckagestrom bestimmt werden, diese sind: Der Leckagedruck, die Leckagefl��che, sowie die Leckagegeometrie. Die Temperatur hat nur einen geringen, der Wassergehalt der Druckluft keinen, messbaren Einfluss. Ideale Leckagen weisen gegen��ber den meisten realen Leckagen einen deutlich h��heren Leckagestrom auf. Reale Leckagen, mit Ausnahme von Schlauchrissen, liegen f��r Dr��cke von 5 bis 7 bar(��) in den meisten F��llen unter 100 l(N)/min, in vielen F��llen sogar unter 20 l(N)/min. In der Arbeit kann zudem gezeigt werden, dass eine indirekte Leckagebewertung durch die Analyse des Schallsignals m��glich ist. Zur Betrachtung wird der Leckagestrom in Bezug zum Schalldruckpegel bei 40 kHz gesetzt. Die Genauigkeit des Verfahrens kann durch die Ber��cksichtigung des, in dieser Arbeit eingef��hrten, Leckagegeometriefaktors deutlich gesteigert werden. In einer abschlie��enden Validierung konnte gezeigt werden, dass 71 % der indirekt bestimmten Leckagestr��me eine Abweichung von kleiner �� 40 % besitzen. Werden Pr��fk��rper des Typs Verschraubungen von der Auswertung ausgeschlossen steigt der Anteil der Messwerte in diesem Intervall auf 89 %.
Titel: |
Systematische Analyse von Druckluftleckagen
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Autor/in / Beteiligte Person: | Unger, Manuel ; Radgen, Peter (Prof. Dr.-Ing.) |
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Veröffentlichung: | Stuttgart : Universität Stuttgart, Institut für Energiewirtschaft und Rationelle Energieanwendung, 2021 |
Medientyp: | unknown |
Sonstiges: |
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