Ermittlung der dynamischen Belastung von Turbinenbeschaufelungen im Ventilationsbetrieb

• Applicant: Dr.-Ing. Joachim Messner
• Subject Area: Hydraulic and Turbo Engines and Piston Engines
• Term: from 1996 to 2003
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 5257890

Heutige ökologische und ökonomische Zielsetzungen fordern von energietechnischen Anlagen einen hohen Brennstoffnutzungsgrad sowie eine weitere Steigerung der Verfügbarkeit bei einer noch flexibleren Betriebsführung. Diese Forderungen werden durch moderne Kraftwerkskonzepte (z.B. Kraft-Wärme-Kopplung) und durch eine verbesserte Anlagentechnik (GuD-Anlagen) erfüllt. Dies bedingt jedoch einen vermehrten Einsatz der Dampfturbine bei extremen Betriebsbedingungen, da beide Techniken dazu führen, daß die Gesamtturbine respektive einzelne Stufen zeitweilig nur von einem sehr geringen bzw. keinem Massenstrom durchströmt werden ("Ventilation"). Für die Beschaufelung einer ND-Turbine, mit ihren festigkeits- und strömungstechnisch optimierten, langen, schlangen Schaufeln, stellt dieser Bereich eine Gefährdung dar. Der schon vorhandenen hohen Belastung aus den Gas- und Fliehkräften überlagert sich hierbei eine hohe mechanische Schwingbelastung. Daneben kommt es durch die Ventilationsleistung zu einer erhöhten thermischen Beanspruchung der Beschaufelung, die im Extremfall zu einer plastischen Verformung im Bereich der Schaufelfußeinspannung führen kann. An einem Endstufenversuchsstand werden im Ventilationsbetrieb die Erregungsmechanismen dieser zusätzlichen dynamischen Beanspruchungen erforscht, wozu - in Verbindung mit der Erfassung der Schwingungs- und der thermischen Beanspruchung - umfassende Vermessungen des Strömungsfeldes vorgenommen werden. Die Kenntnis der schwingungserregenden Mechanismen ermöglicht es dann, bereits bei der Entwicklung neuer Beschaufelungen diese Erregermechanismen in die Festigkeitsauslegung mit einzubeziehen. Darüber hinaus werden unterschiedliche Kühlungsmöglichkeiten auf ihre Effektivität hin untersucht. Ziel dabei ist es, durch eine kostengünstige Kühlung der Turbine den Betriebsbereich zu erweitern und somit der oben genannten allgemeinen Zielsetzung Rechnung zu tragen.

• DFG Programme: Research Grants
• Participating Person: Professor Dr.-Ing. Heinz Stetter