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Das IDS gratuliert Herrn Matthias Hüls ganz herzlich

zur bestandenen Promotionsprüfung am 15.10.2020.

Herr Matthias Hüls, M. Sc.

hat am Donnerstag, den 15. Oktober 2020, um 9.30 Uhr

seinen Promotionsvortrag mit dem Thema:

 Der Einfluss geometrischer Auslegungsparameter auf die Dynamik reibungsgedämpfter Turbinenschaufeln

gehalten und die mündliche Prüfung erfolgreich bestanden.

Kurzfassung der Arbeit:

Der globale Energiemarkt vollzieht einen Wandel hin zu dezentralisierten Systemen und vorrangig regenerativen Energieträgern. Gleichzeitig nimmt die Bedeutung hocheffizienter Gas-und- Dampfkraftwerke am fossilen Energiemix zu. Herzstück dieser Anlagen ist die Gasturbine, deren Schaufeln im Betrieb hohen thermischen und mechanischen Belastungen ausgesetzt sind. Dabei steht insbesondere die hochzyklische Ermüdung (HCF) im Fokus, die durch selbst- oder fremderregte Schwingungen ausgelöst wird. Im kritischen Fall der Resonanz können die Schwingungsamplituden über gezielt eingebrachte Reibkontakte in Form eines Stützflügels oder Dämpfungselements effektiv gemindert werden, um einen sicheren Betrieb zu gewährleisten. In dieser Arbeit werden die bisher nur äußerst begrenzt behandelten Zusammenhänge zwischen den geometrischen Auslegungsparametern einer Turbinenschaufel und dem Schwingungsverhalten unter Reibungsdämpfung systematisch untersucht. Dazu wird eine geeignete Parametrisierung entwickelt und ein bestehendes mechanisches Modell zur Beschreibung nichtlinearer Schwingungen entsprechend in eine umfassende Simulationsprozesskette eingebettet, die damit ausschließlich auf geometrischen Eingangsgrößen basiert und gleichzeitig eine effiziente Berechnung der HCF-Sicherheit ermöglicht. Zusätzlich wird eine auf Ersatzmodellen und statistischer Versuchsplanung beruhende Analysestrategie entwickelt, mit der die Haupt- und Interaktionseffekte der Systemparameter auf eine Ausgangsgröße quantifiziert werden können. Diese wird jeweils für Schaufelgeometrien mit Stützflügel und Unterplattformdämpfer verwendet, um den Einfluss der geometrischen Auslegungsparameter auf die statische Flächenpressung im Reibkontakt, die Resonanzamplitude der ersten Biegeschwingung sowie die dynamischen Spannungen zu bestimmen. Es wird nachgewiesen, dass die HCF-Sicherheit einer direkt gekoppelten Turbinenschaufel sinnvoll durch eine Minimierung der Resonanzamplitude optimiert werden kann. Die Systemparameter wirken sich dabei größtenteils über ihren Einfluss auf die statische Flächenpressung unter Entwindung der Schaufel auf die dynamischen Systemeigenschaften aus. Die HCF-Sicherheit verbessert sich in guter Näherung proportional zur Resonanzamplitude. Für freistehende Schaufeln mit Unterplattformdämpfer wird dargelegt, dass die HCF-Sicherheit nicht zwangsläufig durch eine Minimierung der Resonanzamplitude verbessert wird und entgegen der Erwartung zu einer deutlichen Verschlechterung der mechanischen Integrität führen kann.