Optimierung der Prozesse und Systeme sowie der Lebensdauer der Gesamtanlage und ihrer Komponenten - OptiSysKom; Arbeitspakete: AP1.3 a „Probabilistische Bewertung der Wechselwirkung von Kriechschädigung und hochzyklischer Ermüdung in Ni-Basislegierungen“, AP2.1 a „Untersuchung des Einflusses der Flüssigkeitseinspritzung in Radialverdichtern“

Abstract

AP1.3a: Die Interaktion von Kriechen und hochzyklische Ermüdung in der polykristallinen Ni-Basis-Gusslegierung Alloy 247 LC CC in einem probabilistischen Modell beschrieben. Für die Modellierung der reinen Kriechbeanspruchung wurde probabilistisches Kriechporenmodell entwickelt und beruht auf der Annahme, dass die Kriechdiffusion der primäre Schädigungsmechanismus in hochtemperaturbeanspruchten Komponenten ist, wie der Gasturbinenlaufschaufel. Mittels der Diffusion an der Korngrenze beschreibt das Modell die Nukleation, das Wachstum und das Zusammenwachsen von Poren. Zur Kalibrierung des Modelles wurden die metallographischen Untersuchungen an kriech- und ermüdungsbeanspruchte Proben herangezogen, welche am Lehrstuhl für Werkstoffkunde an der Rheinland-Pfälzischen Technischen Universität (RPTU) Kaiserslautern-Landau erfolgten. Die Interaktion mit der hochzyklischen Ermüdung wurde mit der Kombination des probabilistischen Kriechporenmodelles mit dem Kitagawa-Takahashi Ansatz realisiert, sodass die Initiierung des Ermüdungsrisses infolge des Kriechporenwachstums beschrieben werden konnte. AP2.1a: In der Optimierung der Industrieprozesse ergibt sich ein großes Einsparpotenzial beim Energiebedarf der Radialverdichter durch die Verdunstungskühlung von eingespritztem Wasser in den Gasstrom. Diese Methode wird in stationären Gasturbinen bereits vielfach erfolgreich eingesetzt, um die Leistungsausbeute der Gasturbine unmittelbar nach Aktivierung der Einspritzung zu erhöhen und den Wirkungsgrad zu verbessern. In Abstimmung mit dem Partner (UDE), ein Radialverdichter gebaut und an UDE übergeben. Gleichzeitig wurde der Heißgaswindkanal für die Untersuchung der Düsen durch UDE umgebaut. Durch eine Modellierung der Verdichterstufe in ANSYS sowie die Simulationen mit Variation der Einspritzposition, der Tröpfchengröße und der Flüssigkeitsmenge wird die Verdichtereinheit unter Berücksichtigung der Flüssigkeitseinspritzung optimiert.

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