2022-09-01  –  2025-08-31

204.808,97 EUR

Helmut-Schmidt-Universität - Laboratorium für Strömungsmaschinen, Hamburg, Hamburg

03EE5117C

Konventionelle Kraftwerkstechnik - Komponentenentwicklung [EA1312]

01247773/1  –  DigITecT - Digitalisierung und interdisziplinäre Auslegungstechnologien von Turbomaschinen für die Energiewende

Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK.IIB5)

Forschungszentrum Jülich GmbH (PT-J.ESE5)

Energie

Bei der Expansion von Dämpfen in Turbinen wird häufig in das Zwei-Phasen-Gebiet hinein expandiert, um hohe Prozesswirkungsgrade zu erreichen, so dass Kondensation einsetzt. Dieser Vorgang ist bereits von Dampfturbinen in fossil gefeuerten Kraftwerken bekannt, tritt aber auch genauso in Anlagen mit alternativen Fluiden wie CO2 oder Methan auf. Die Kondensation und die daraus resultierende tropfenbeladene Strömung führen zu zusätzlichen Verlusten bei der Expansion. Des Weiteren lagern sich Tropfen auf Oberflächen ab und bilden dort Kondensatfilme, aus denen durch Wiedereintrag und Zerstäubung größere Tropfen entstehen, welche die nachfolgenden Laufschaufeln durch Tropfenschlagerosion schädigen. Alle diese Prozesse können bislang nur unzureichend mit numerischen Strömungssimulationen abgebildet werden, da nach wie vor keine experimentellen Daten zur Validierung vorhanden sind. Im Rahmen des Vorhabens wird hierfür ein Dampfturbinenversuchsstand umfangreich mit Sensorik zur Detektion des Einsetzens der Kondensation, der Messung des dabei entstehenden Tropfenspektrums und der Untersuchung des Filmverhaltens auf Oberflächen ausgestattet. Da Druck und Temperatur im Zwei-Phasen-Gebiet gekoppelt sind, ist die Bestimmung des thermodynamischen Zustands am Austritt von Turbinen und damit die Wirkungsgradberechnung nur möglich, wenn zusätzlich der Nässeanteil im Dampf gemessen wird. Aktuell ist kein Messverfahren verfügbar, das eine solche Messung ohne Aufwand und mit hoher Genauigkeit erlaubt, so dass eine Zustandsüberwachung und Wirkungsgradbestimmung bei nass durchströmten Turbinen schwierig ist. Daher werden verschiedene Ansätze auf ihre Eignung zur stationären Messung des Nässeanteils hin untersucht. Die entwickelten Messverfahren werden anschließend für Wirkungsgradmessungen an einer optimierten Beschaufelung eingesetzt. Mit den Ergebnissen der experimentellen Untersuchungen sollen die verwendeten numerischen Verfahren zur Modellierung der Kondensation validiert werden.