2018-09-01  –  2023-08-31

449.565,00 EUR

Technische Universität Darmstadt - Fachbereich Maschinenbau - FG Gasturbinen, Luft- und Raumfahrtantriebe, Darmstadt, Hessen

0324309D

Fortgeschrittene Kraftwerkssysteme - Kraftwerke mit Null Emissionen [EA1325]

01183628/1  –  Flex_Verdi - Strömungsbeeinflussung durch aktive Seitenwandmodifikation

Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK.IIB5)

Forschungszentrum Jülich GmbH (PT-J.ESE5)

Energie

Gasturbinen werden heutzutage vermehrt eingesetzt, um kurzfristige Lastspitzen abzudecken und auf die wechselnde Stromproduktion erneuerbarer Energiequellen zu reagieren. Dabei spielen neben dem Wirkungsgrad das Betriebsverhalten im Teillastbereich und die Betriebsflexibilität eine große Rolle. Die im Betrieb geforderten Lastgradienten stellen hohe Anforderungen an die aerodynamische Auslegung und die mechanische Belastbarkeit. Für den Verdichter ergibt sich die Forderung nach einem gesteigerten Wirkungsgrad bei gleichzeitig großem Betriebsbereich. Durch den transienten Betrieb steigt die Wahrscheinlichkeit, dass es zu Schaufelfehlstellungen über den Umfang der Vorleitradreihe und somit zu gestörter Zuströmung des Rotors kommt. Folglich soll ein Verdichterfrontstufen-Design, das mit Hilfe einer vollautomatisierten 3D-Optimiertung entwickelt wurde, hinsichtlich der Robustheit gegenüber Zuströmstörungen und Lastgradienten experimentell untersucht werden. Bei der Auslegung findet gleichzeitig eine kombinierte Optimierung aus aerodynamischem und strukturmechanischem Verhalten an mehreren Betriebspunkten statt. Im Gegensatz zu vorherigen Arbeiten wird die gesamte Stufe, bestehend aus Vorleitrad, Rotor und Stator, berücksichtigt. Im Rahmen des geplanten Projekts werden mehrere Ziele verfolgt. Zum einen soll die 3D-optimierte Verdichterstufe bei homogener Zuströmung validiert werden, um die in der Auslegung vorhergesagten Gewinne bezüglich Wirkungsgrad und Arbeitsbereich zu überprüfen. Zudem wird das Betriebsverhalten bei transientem Betrieb untersucht, um Erkenntnisse bezüglich des Strömungsabrissverhaltens im Rotor sowie dessen aeroelastische Reaktionen bei schnell wechselnden Laständerungen zu gewinnen. In einem weiteren Schritt werden die Einflüsse durch eine Vorleitradfehlstellung untersucht. Neben dem globalen Einfluss auf das Verdichterkennfeld, sollen die Fortpflanzung der Störungsstrukturen quantifiziert und mögliche Anregungsmechanismen analysiert werden.