Turbinenschaufeln sind thermisch sowie mechanisch hochbelastete Komponenten einer Turbomaschine. Um Ausfälle infolge einer Ermüdung zu vermeiden, ist eine adäquate Vorhersage der im Betrieb auftretenden mechanischen Spannungen von großer Bedeutung. Die im Betrieb entstehenden Kräfte hängen stark von der Drehzahl der Turbine ab, sodass sich bei einer Änderung der Drehzahl auch der Belastungszustand verändert. Eine große Herausforderung bei der mechanischen Auslegung von drehzahlvariablen Turbinenschaufeln ist daher, die Schwingungsamplituden über den gesamten Drehzahlbereich möglichst gering zu halten.
Im Rahmen dieser Arbeit wird eine Berechnungsmethodik entwickelt, um das dynamische Verhalten von gekoppelten Turbinenschaufeln über einen weiten Drehzahlbereich vorherzusagen. Neben der Drehzahlabhängigkeit gewisser strukturmechanischer Eigenschaften, wie das stress stiffening, sind bei gekoppelten Schaufeln insbesondere die Kontaktspannungen in den Fügestellen von der Drehzahl abhängig. Zur Validierung des Berechnungsprogramms werden sowohl Stand- als auch Rotationsversuche einer realitätsnahen Turbinenbeschaufelung herangezogen.
Aktualisiert: 2021-06-17
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Turbinenschaufeln sind thermisch sowie mechanisch hochbelastete Komponenten einer Turbomaschine. Um Ausfälle infolge einer Ermüdung zu vermeiden, ist eine adäquate Vorhersage der im Betrieb auftretenden mechanischen Spannungen von großer Bedeutung. Die im Betrieb entstehenden Kräfte hängen stark von der Drehzahl der Turbine ab, sodass sich bei einer Änderung der Drehzahl auch der Belastungszustand verändert. Eine große Herausforderung bei der mechanischen Auslegung von drehzahlvariablen Turbinenschaufeln ist daher, die Schwingungsamplituden über den gesamten Drehzahlbereich möglichst gering zu halten.
Im Rahmen dieser Arbeit wird eine Berechnungsmethodik entwickelt, um das dynamische Verhalten von gekoppelten Turbinenschaufeln über einen weiten Drehzahlbereich vorherzusagen. Neben der Drehzahlabhängigkeit gewisser strukturmechanischer Eigenschaften, wie das stress stiffening, sind bei gekoppelten Schaufeln insbesondere die Kontaktspannungen in den Fügestellen von der Drehzahl abhängig. Zur Validierung des Berechnungsprogramms werden sowohl Stand- als auch Rotationsversuche einer realitätsnahen Turbinenbeschaufelung herangezogen.
Aktualisiert: 2021-06-09
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In dieser Arbeit werden die Auswirkungen einer nicht-rotationssymmetrischen Seitenwandkonturierung in einer 2-stufigen Axialturbine numerisch untersucht.
Hierzu werden drei verschiedene Beschaufelungskonfigurationen diskutiert und analysiert. Als Referenz dient ein seit Jahren industriell bewährtes zylindrisches Schaufelprofil. Die konturierten Beschaufelungen besitzen das gleiche Schaufelprofil. Es wird eine Beschaufelung mit einer Konturierung an Nabe und Gehäuse betrachtet und eine Beschaufelung, die lediglich gehäuseseitig eine Konturierung der Seitenwand aufweist. Die Simulationen wurden mit zwei verschiedenen Strömungslösern und Turbulenzmodellen durchgeführt.
Weitere Schwerpunkte der Arbeit sind die Analyse der Interaktion von Deckband-Leckage und Hauptströmung auf Basis einer Variation des Radialspaltes und die Analyse der Konturierung in einer Ringgitterkaskade für unterschiedliche Massenströme und Inzidenzwinkel.
Aktualisiert: 2021-12-20
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