@inproceedings{BergKrienke, author = {Berg, Heinz Peter and Krienke, Christian}, title = {Mikrogasturbinen-SOFC-Prozesse mit hohem Wirkungsgradpotential}, series = {12. Magdeburger Maschinenbautage, 30. September und 1. Oktober 2015}, booktitle = {12. Magdeburger Maschinenbautage, 30. September und 1. Oktober 2015}, publisher = {Otto-von-Guericke Universit{\"a}t Magdeburg}, address = {Magdeburg}, abstract = {Schwerpunkt des Beitrages ist die Entwicklung und Applikation eines alternativen Energieumwandlungskonzeptes. Dieses basiert auf einer kompakten vielstofff{\"a}higen Mikrogasturbinen (MGT)- Technologie, welche {\"u}ber einen internen W{\"a}rmetausch einen hohen Wirkungsgrad erm{\"o}glicht und durch eine weitere Prozesshybridisierung (durch eine eingebettete SOFC) den „Energiewandler der Zukunft" darstellt. Es wird die luftgelagerte MGT-Generator-Basistechnologie beschrieben, der darauf aufgebaute MGT-SOFCHybrid-Prozess simuliert, eine kompakte Abwandlung mit integriertem Generator dargestellt und der Familiengedanke aufgegriffen. Die Konzepte basieren auf einer Luftlagertechnologie in Verbindung mit einem direkt von der Turbomaschine angetriebenen Generator und einem Rekuperator, welcher die Abgasw{\"a}rme wieder in den Prozess zur{\"u}ckf{\"u}hrt. Sie liefern die notwendige Grundlage f{\"u}r einen hoch effektiven, reinen Mikrogasturbinenprozess (MGT-Prozess) und den „MGT-SOFC-Hochwirkungsgrad-Prozess". Neben der luftgelagerten Mikrogasturbinen-Generatorbauart, stellt insbesondere die SOFC eine wichtige Schl{\"u}sseltechnologie dar. Der Begriff SOFC steht f{\"u}r „Solid Oxide Fuel Cell" (Festoxid-Brennstoffzelle). Dieser Brennstoffzellentyp arbeitet bei einer sehr hohen Temperatur (700 °C bis 1000 °C) und erlangt einen sehr hohen Wirkungsgrad, wenn man die Verlustw{\"a}rme und den nicht konvertierten Brennstoff durch eine geschickte Integration mit dem MGT-Prozess weiter verwertet. Um den maximal m{\"o}glichen Wirkungsgrad der hybriden Bauweise aufzuzeigen, wird zun{\"a}chst der idealisierte W{\"a}rmekraftmaschinen-Brennstoffzellen-Prozess dargestellt. Danach wird die zum gegenw{\"a}rtigen Zeitpunkt vorhandene Basistechnologie beschrieben und verschiedene, darauf beruhende reale Prozesse f{\"u}r die Verstromung von Methan (Erdgas) simuliert. Hierbei werden die hohen Wirkungsgradpotentiale (elektrisch) dieser realen Prozesse (bis ca. 80 \%) aufgezeigt. Der Beitrag endet mit der kurzen Darstellung einer Energiewandlerfamilie im Bereich 20 KW bis 0,8 MW (zuk{\"u}nftig bis 2,3 MW) und einem Ausblick auf den neuen Markt der Zukunft, sowie mit einer Empfehlung zum Aufbau eines interdisziplin{\"a}ren Forschungsnetzwerkes.}, language = {de} } @inproceedings{BergMalenkyAntoshkivetal., author = {Berg, Heinz Peter and Malenky, Uwe and Antoshkiv, Oleksiy and Mattke, Robert}, title = {Kompakte hocheffektive Mikrogasturbine mit integriertem Generator (MTIG): eine Komponente f{\"u}r die seriellen hybriden Antriebssysteme der Elektroflugzeuge von morgen}, series = {Deutscher Luft- und Raumfahrtkongress 2015 Rostock}, booktitle = {Deutscher Luft- und Raumfahrtkongress 2015 Rostock}, publisher = {Deutsche Gesellschaft f{\"u}r Luft- und Raumfahrt - Lilienthal-Oberth e.V.}, address = {Bonn}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:101:1-20151109556}, pages = {9}, abstract = {Bei der Neugestaltung unserer zuk{\"u}nftigen Lebensr{\"a}ume sucht die Forschung nach neuartigen L{\"o}sungen f{\"u}r die bodengebundene Mobilit{\"a}t. Weiterhin spielt die Erforschung umweltvertr{\"a}glicher Antriebstechnologien f{\"u}r die Luftfahrt der Zukunft eine wichtige Rolle. Neben den rein elektrischen Antrieben stehen insbesondere fortschrittliche hybride Antriebssysteme im Vordergrund. Systeml{\"o}sungen werden kurz- bis mittelfristig f{\"u}r die unbemannten Flugzeuge und die allgemeine Luftfahrt ben{\"o}tigt. Es werden effiziente Flugantriebssysteme ben{\"o}tigt, die gegen{\"u}ber aktuellen Antriebssystemen deutlich weniger Schadstoffe emittieren und Brennstoff-ressourcen schonen. Dabei bietet der Elektroantrieb ein großes Potenzial. Aufgrund des derzeitig ung{\"u}nsti-gen Verh{\"a}ltnisses zwischen Gewicht und Energieinhalt bei Traktionsbatterien ist jedoch die rein elektrische Flugweise nur f{\"u}r einen sehr kleinen Anwendungsbereich interessant. Deshalb m{\"u}ssen Elektroluftfahrzeuge mit zus{\"a}tzlichen Energiewandlern und Speichern ausgestattet werden, um akzeptable Reichweiten und An-triebsleistungen bei moderaten Kosten zu gew{\"a}hrleisten. Als zukunftsf{\"a}higes Antriebskonzept wird u.a. das hybride elektrische Antriebssystem mit Kleinenergieerzeugern zur Reichweitenverl{\"a}ngerung angesehen. F{\"u}r den Einsatz als Range-Extender stehen unterschiedliche Konzepte zur Verf{\"u}gung, die eine Umwandlung von chemischer in elektrische Energie erm{\"o}glichen. Die Spezifikation eines Range-Extenders h{\"a}ngt dabei sehr stark von den Anforderungen an zuk{\"u}nftige Antriebskonzepte ab. Das bedeutet, dass Einbauraum, Gewicht, Kosten und Vielstofftauglichkeit eine neu zu definierende Gewichtung im Auswahlprozess des Energiewand-lers erhalten. Schwerpunkt des Beitrages ist die Entwicklung und Applikation eines alternativen Energieum-wandlungskonzeptes f{\"u}r E-Luftfahrzeuge traditioneller Bauweise (z.B. zur Verl{\"a}ngerung der Reichweite bei E-Kleinflugzeugen) und f{\"u}r innovative Luftfahrzeuge (als systemintegraler Bestandteil). Bei diesem Konzept handelt es sich um eine Mikrogasturbinen-Generator-Einheit, welche durch einen Rekuperator (W{\"a}rmetau-scher zur Abgasw{\"a}rmenutzung) einen hohen Wirkungsgrad erm{\"o}glicht und durch eine weitere Prozesshybri-disierung (z.B. mit eingebetteter SOFC) auch f{\"u}r nicht luftfahrttechnische Bereiche interessant ist. Es werden die Mikrogasturbinen-Generator (MTG)-Basistechnologie beschrieben und die Leistung, der Wirkungsgrad und die Vielstofff{\"a}higkeit diskutiert. Außerdem wird eine kompakte Abwandlung mit integriertem Generator (sogenannte MTiG) dargestellt. Weiterhin wird die Bedeutung der Mikrogasturbinenbauart f{\"u}r ein zuk{\"u}nftiges MTG/MTiG-SOFC-Hochwirkungsgradsystem erkl{\"a}rt und die hohe luftfahrttechnische Tauglichkeit der kom-pakten, rekuperierten MTiG-Mikrogasturbinentechnologie f{\"u}r die seriellen hybriden Flugtriebwerkssysteme aufgezeigt.}, language = {de} } @inproceedings{PoojitganontBergKingkoetal., author = {Poojitganont, Thanapol and Berg, Heinz Peter and Kingko, Chirdchai and Bun-Athuek, Natthaphon and Watjatrakul, Boonchai}, title = {One-Dimensional Thermodynamic Cycle Analysis of Micro Gas Turbine (MGT) for Small Power Plant}, series = {The International Conference on Science and Technology, 2015}, booktitle = {The International Conference on Science and Technology, 2015}, publisher = {IEEE}, address = {New York}, doi = {10.1109/TICST.2015.7369342}, pages = {64 -- 69}, abstract = {The energy demands worldwide and especially in developing countries are significantly increased, whereas the numbers of electricity supply are not enlarged at Together with the decentralized ideal of the forthcoming power plants, the 100kW micro gas turbine (MGT) could be one of the solutions for the future. Based on the multi development project for small power plants, the 1D simulation of the overall system with MATLAB has been performed to utilize as an analysis tool for optimizing the thermodynamic cycle of the system. At the beginning the code has been validated with the commercial program for power plant simulation, called EBSILON Professional. The result shows that they are compatible in the same direction. The next part illustrates the comparing result of the efficiency on the whole system, when turbine inlet temperature has changed. The results show that higher turbine inlet temperature provides also higher global efficiency. However, the minimum efficiencies, which are obtained on each specific turbine inlet temperature, are not corresponded at the same pressure ratio. In the latter section, the effect of fuel types is also considered on the output efficiency. The results show that to maintain the output efficiency on each fixed turbine inlet temperature the fuel mass flow rate has to be increased in reciprocal to their lower heating values. However, in the lower range of their mass flow rate the increment of efficiency is not proportional to the addition of fuel.}, language = {en} } @inproceedings{PrechavutBerg, author = {Prechavut, Nontavut and Berg, Heinz Peter}, title = {An Experimental Study on Structural Characteristics of Cantilever-Type Foil Bearings}, series = {Deutscher Luft- und Raumfahrtkongress 2015}, booktitle = {Deutscher Luft- und Raumfahrtkongress 2015}, publisher = {Deutsche Gesellschaft f{\"u}r Luft- und Raumfahrt - Lilienthal-Oberth e.V.}, address = {Bonn}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:101:1-201511275091}, abstract = {Capable of high-speed and high-temperature operation, together with an "oil-free" technology concept, gas foil bearings are a perfect solution for a novel light weight (small scale) turbo machinery. While the gas film geometry and the pressure build-up are similar to other gas lubricated bearings, and as it has been well formulated in the hydrodynamic lubrication theory, the compliant structure of the foil bearings have a variety of forms and characteristics. The cantilever-type of foil bearings are one sort of foil bearings that uses a pattern of small cantilever beams as support structure which is very robust and eases the manufacturing process. The aim of this paper is to present a measurement method and results of structural stiffness and damping characteristics of exemplary 50 mm tree-lobes radial foil bearings. Static structural test result shows that the bearing has a wide range of linear stiffness in the bearing's center area. The ramp of cartridge inner surface contour causes a cross coupling effect which may cause instability by a large rotor orbit. Increasing in bear - ing preload result in slightly increasing in static stiffness. In dynamic excitation test, the result shows that the dynamic stiffness is about three times higher than the static one. With a simple model of dry friction, the result shows that the dry friction coefficient is in a range of 0.4 to 0.7. The result also shows that the dynamic stiffness is more sensitive to vibration amplitude than frequency. While the damping decreases significantly with exciting frequency, especially at the vicinity of the rigid body resonance. The result evidence that the magnitude of displacement has a great effect on damping. As displacement amplitude decreases, the bearing is better in damping.}, language = {en} }