2021-07-01  –  2024-12-31

196.327,04 EUR

Helmut-Schmidt-Universität - Universität der Bundeswehr Hamburg - Fachbereich Maschinenbau - Professur für Energietechnik - Laboratorium für Strömungsmaschinen, Hamburg, Hamburg

03EE5069C

Konventionelle Kraftwerkstechnik - Komponentenentwicklung [EA1312]

01232326/1  –  TurboGruen - Turbomaschinen für Energiespeicher und grüne Brennstoffe

Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK.IIB5)

Forschungszentrum Jülich GmbH (PT-J.ESE5)

Energie

Für alle Anwendungen, bei denen hohe Leistungen von 50 MW und mehr umgesetzt werden, ist der Einsatz von Turbomaschinen unumgänglich, egal ob es sich dabei um konventionelle oder regenerative Energiequellen handelt. Neben dem Wirkungsgrad sind die Investitions- und Betriebskosten für Kraftwerke ein wesentlicher Aspekt. Dadurch wird auch der Strompreis maßgeblich mitbestimmt, so dass auch eine gesamtgesellschaftliche Komponente gegeben ist. Durch die stürmische Entwicklung im Bereich der Additiven Fertigung (AM) eröffnen sich für die Fertigung von Turbomaschinenkomponenten enorme Potenziale. Ein Nachteil der AM-Methoden ist jedoch die relativ schlechte Oberflächenqualität. Gerade bei Beschaufelungen von Turbomaschinen gibt es eine Vielzahl von wissenschaftlichen Veröffentlichungen, die einen eindeutigen Zusammenhang zwischen der Oberflächengüte und den Verlusten aufzeigen. Der größte Teil dieser Untersuchungen wurde bislang in Kaskaden durchgeführt. Es gibt nur sehr wenige Studien, die sich mit diesem Thema in realen Turbinen auseinandersetzen. Überraschenderweise konnte dabei der in Kaskaden vielfach gemessene Effekt der Erhöhung der Verluste mit schlechterer Oberflächenqualität bei höheren Reynoldszahlen erst bei sehr großen Rauigkeiten von Ra > 100 µm festgestellt werden. Im Rahmen des Projektes soll für Beschaufelungen von Expandern für spezielle Gase wie sCO2 oder Methan untersucht werden, welche Rauigkeiten in Bezug auf den Wirkungsgrad der Maschine noch zulässig sind und inwiefern dadurch der Einsatz von kostengünstigen Bauteilen aus der additiven Fertigung möglich ist. Dazu wird ein Versuchsträger aufgebaut, mit Beschaufelungen unterschiedlicher Oberflächengüte betrieben und der Gesamtwirkungsgrad der Maschine im ganzen Betriebsbereich bestimmt. Des Weiteren werden Strömungsfeldmessungen durchgeführt, um detaillierte Daten für die Validierung von CFD-Simulationen zu erhalten und die Korrelationen zur Berücksichtigung der Oberflächenrauigkeit zu überprüfen.