Numerische Untersuchungen zur Wechselwirkung von letzter Turbinenstufe und axialem Abgasdiffusor
Marius Mihailowitsch
In Gas-und-Dampf-Kombikraftwerken befindet sich zwischen Gasturbine und Wärmeübertrager üblicherweise ein Axialdiffusor. Die Strömung des Diffusors und dessen Druckrückgewinn wird wesentlich durch die Abströmung der letzten Turbinenstufe beeinflusst. Das Enthalpiegefälle der Turbine ist seinerseits abhängig vom Druckrückgewinn im Diffusor. Ein Beitrag zum Verständnis dieser Wechselwirkung von Turbine und Abgasdiffusor wird im Rahmen der vorliegenden Arbeit geleistet. Es werden die Grundlagen und der Stand der Technik für Turbine und Diffusor sowie die Interaktion zwischen den beiden Komponenten beschrieben. Mithilfe analytischer Modelle wird die Leistungsänderung der Turbine in Abhängigkeit der Spaltweite, der dimensionslosen Turbinenkenngrößen und des Diffusordruckrückgewinns abgeschätzt. Die detaillierte Untersuchung der Komponentenwechselwirkung erfolgt für einen eigens abgeleiteten Testfall mithilfe numerischer Strömungssimulationen. Dieser Testfall beinhaltet eine Endstufe mit deckbandgekoppeltem Rotor und einen Axialdiffusor. Das verwendete Simulationsmodell des Diffusors wird für unterschiedliche Betriebspunkte mit Daten aus Messungen am institutseigenen Axialdiffusorprüfstand validiert. Für die gekoppelten Berechnungen des Testfalls werden unterschiedliche Rotorspaltweiten betrachtet und so der Einfluss der Spaltströmung charakterisiert. Außerdem wird die Diffusorströmung bezüglich einer Beeinflussung durch das zeitabhängige Strömungsfeld der inhärent instationären Turbinenabströmung untersucht. Den Abschluss der Arbeit bildet die Betrachtung der Strömung in Turbine und Diffusor, wenn der vorangehend als rotationssymmetrisch angenommene Rotorspalt asymmetrisch ausgeformt wird.
