Verbundprojekt: RoBoFlex - Robuste Turbomaschinen für den flexiblen Einsatz; Projekte: 2.4a: Temperaturfluktuationen in Flammen unter realistischen Verbrennungsbedingungen, 3.3a: Fortschrittliche Muster zur Bewertung des Berstverhaltens von Turbinenscheiben, 4.3: Realgeometrie Effekte und probabilistischer Entwurf von Verdichtern unter Zuhilfenahme von adjoint Methoden

Abstract

2.4a: Es werden wesentliche Designschritte für die Quantifizierung und Qualifizierung des laseroptischen Messverfahrens TDLAS (Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy) für Temperaturverteilungs- und Gasspeziesemissionsmessungen in Turbomaschinen unter realen Betriebsbedingungen anhand der Messergebnisse in zwei unterschiedlichen Verbrennungsprüfständen motiviert. Im Fokus des Teilvorhabens 3.3a stand die thermomechanische Modellierung neuartiger Versagenskriterien hinsichtlich des Berstverhaltens von Turbinen-/Kompressorscheiben. Hierzu wurden lokale elastisch-plastische und bruchmechanische Ansätze herangezogen, um das Versagensverhaltens unter Berücksichtigung der relevanten Beanspruchungsbedingungen bei Überdrehzahlbedingungen zu beschreiben. Die Identifizierung der maßgeblichen Versagensmechanismen, deren mechanische Modellierung sowie versuchstechnische Validierung liefert ein Verständnis des Berstverhalten von kritischen Komponenten, welches oft der limitierenden Faktor bei der Auslegung von Turbinenscheiben ist. 4.3: Die Geometrie, welche im Design des Verdichters entworfen wird, weicht in der realen Anwendung aufgrund von Geometrievereinfachungen, Herstellungstoleranzen und Verschleiß während des Betriebes von der Nominalgeometrie ab. Das Vorhaben setzt sich mit der Untersuchung des Einflusses von Realgeometrieeffekten, die während des Auslegungsprozesses vernachlässigt werden, und Geometrieabweichungen, die durch Fertigungsungenauigkeiten und Abnutzung während des Betriebes des Verdichters begründet sind, auf die Effizienz und Stabilität des Verdichterbetriebs auseinander. Es wurde eine stabile Prozesskette mit einem adjungierten CFD-Verfahren aufgesetzt, mit der der hohe rechnerische Aufwand bisheriger probabilistischer Verfahren reduziert wird. Das zeiteffiziente Verfahren wurde zur probabilistischen Untersuchung von Geometrieabweichungen eingesetzt, um Auswirkungen auf den Wirkungsgrad und die Stabilität im Betrieb des Verdichters zu analysieren.