2022-08-01  –  2026-01-31

245.424,33 EUR

Leibniz Universität Hannover - Fakultät für Maschinenbau - Institut für Dynamik und Schwingungen, Garbsen, Niedersachsen

03EE5117J

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

Zukünftige Turbomaschinenkomponenten werden im Zuge der Energiewende zunehmend mit Wasserstoff als Arbeitsfluid betrieben, um den CO2-Ausstoß als Folge der Verbrennung fossiler Brennstoffe zu vermindern. Die hiermit verbundene Gefahr der so genannten Wasserstoffversprödung durch das Eindringen von Wasserstoff in die Gitterstruktur heutiger Werkstoffe stellt die Turbomaschinenhersteller vor große Herausforderungen in Bezug auf die Festigkeit. Können die derzeit eingesetzten Werkstoffe aufgrund der damit verbundenen enormen Kosten nicht ersetzt werden, ist es zwingend erforderlich, die Gefahr der durch Versprödung induzierten Rissbildung durch verminderte Materialkennwerte abzubilden. Diese konservativen Annahmen führen zu einer Abnahme der Dauerfestigkeit der ohnehin hochbelasteten Bauteile wir den rotierenden Laufschaufeln einer Turbomaschine. Daher müssen sehr genaue Prognosen des Schwingungsverhaltens vorliegen, um mechanischen Spannungen präzise vorherzusagen. Hierzu sollen vorhandene Berechnungswerkzeuge so erweitert werden, dass das Schwingverhalten von über Deckbänder gekoppelten Laufbeschaufelungen unter Berücksichtigung von Abweichungen insbesondere in den Kontaktbedingungen (so genannte Kontaktverstimmung) korrekt prognostiziert werden kann. Dabei sollen Drehzahl- und Temperatureffekte berücksichtigt werden und sowohl Stand- als auch aufwändige Rotationsversuche zur Validierung durchgeführt werde, um die Übertragbarkeit auf reale Anwendungsfälle sicherzustellen. Zudem soll das Berechnungsmodul so in den Auslegungsprozess integriert werden, dass neben der heute zumeist üblichen nichtlinearen Analyse der Schwingamplituden auch die Ermittlung kritischer Spannungszustände in einem durchgängigen, industriell einsetzbaren und nahezu automatisierten Auslegungsprozess möglich ist. Nur so lassen sich letztlich Aussagen über die Lebensdauer für Materialen treffen, für die aufgrund der Wasserstoffversprödung verminderte Festigkeitswerte angenommen werden müssen.