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SchauTex

Schaufelaeroelastik im transienten Betrieb von Expansionsturbinen
AP1.2: "Fluid-Struktur-Interaktionen bei variablen Betriebsbedingungen"

  • Projektlaufzeit:
    01.09.2018 bis 31.08.2022
  • Finanzierung:
    BMWi, MAN Energy Solutions (AG Turbo SchauTex AP 1.2)
  • Förderkennzeichen:
    0324292E
  • Bearbeiter:
    Benjamin Winhart, M. Sc. und Florian von Gosen, M. Sc.
  • Projektpartner:
    MAN Energy Solutions

Die Energiewende und die Globalisierung stellen den Maschinenbau der Turbomaschinen vor neue Herausforderungen. Mit der Verlagerung des Fokus weg von der traditionellen Energiegewinnung treten andere Anwendungsgebiete für Turbomaschinen mehr in den Vordergrund. Dies geht auch mit veränderten Anforderung an das Turbomaschinendesign im Allgemeinen und an das Schaufeldesign im Speziellen einher. Noch fehlendes Wissen muss im Auslegungs- und Designprozess immer durch entsprechende Sicherheitsfaktoren konservativ ausgeglichen werden, was im Endeffekt zu höheren Kosten und niedrigeren Wirkungsgraden führen kann.

Im Projekt SchauTex AP 1.2 werden in einer mehrstufigen Axialturbine die Auswirkungen von Rotor-Stator-Interaktionen auf den aerodynamischen Stimulus an einem front loaded und an einem aft loaded Schaufeldesign und deren Performance bei verschiedenen Betriebspunkten in einem kombinierten Ansatz aus Experiment und Numerik untersucht.

Als Prüfstand für die experimentellen Untersuchungen dient die vierstufige axiale Kaltluftturbine des Lehrstuhls. Der Turbinenprüfstand ist mit einer typischen Hochdruck-Dampfturbinen-Beschaufelung bestückt und weist neben etlichen zweidimensional traversierbaren Sondenzugängen in Messebenen zwischen den Rotor- und Statorreihen auch stationäre und instationäre Druckmesstechnik in ausgewählten Schaufeln auf.

Die mit den experimentellen Daten verifizierten Ergebnisse der instationären numerischen Strömungssimulationen erlauben tiefere Einblicke in die Strömung und die Interaktionsmechanismen und Blicke an Orte, die von den Sonden des Prüftstands nicht erreicht werden können. Hierdurch können auftretende Phänomene besser zu ihren Ursprüngen verfolgt und in ihrer Entwicklung beurteilt werden.

Die Berücksichtigung komplexerer Phänomene, wie der Rotor-Stator-Interaktion, ist in individuellen Auslegungsprozessen nicht in ausreichendem Maße möglich, weshalb allgemeingültige Designempfehlungen aus repräsentativen Beispielen abgeleitet werden müssen.

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Versuchsstand
Lupe
Versuchsstand
Vergleich Numerik & Experiment
Lupe
Vergleich Numerik & Experiment