ECOFLEX-Turbo Verbundvorhaben KüpLe - Kühlung für optimierte Lebensdauer; Teilvorhaben: 1.1, 4.1 und 5.1

Abstract

Gasturbinen müssen im Verbund mit erneuerbaren Energien zunehmend flexibel betrieben werden. Durch häufigere Start-Stopp-Zyklen, schnellere Lastwechsel und stärkeren Betrieb außerhalb stationärer Auslegungspunkte steigen die zyklischen thermischen und mechanischen Belastungen der Komponenten. Im Vorhaben KüpLe konzentrierten sich die Arbeiten der MTU auf die Verbesserung und Validierung numerischer Methoden zur genaueren Beschreibung von Strömung, Wärmeübergang und transientem Wärmetransport in Gasturbinenkomponenten. In AP 1.1 wurde die CFD-Methodik für Rotor-Stator-Kavitäten weiterentwickelt und anhand von Literaturfällen sowie Messdaten aus dem RotKa-Rig validiert, um Strömungsfelder und Rotortemperaturen im Auslegungsprozess genauer vorhersagen zu können. In AP 4.1 wurden numerische Simulationen für ein leicht belüftetes Turbinenzwischengehäuse durchgeführt und mit PIV- und TLC-Messungen verglichen, um lokale Strömungs- und Wärmeübergangsbedingungen besser zu erfassen und bisher vereinfachte, korrelationsbasierte Auslegungsansätze weiterzuentwickeln. In AP 5.1 wurde eine stationäre und transiente CFD-FEM-Kopplungsmethodik für die wärmetechnische Auslegung von Turbinen- und Verdichterbauteilen aufgebaut und an Referenzfällen sowie realen Turbomaschinenanwendungen bewertet. Damit wurden die Grundlagen für eine verbesserte thermische Modellierung, eine genauere Temperaturvorhersage und eine belastbarere Auslegung von Gasturbinenkomponenten im flexiblen Betrieb geschaffen.