ForschungForschungsprojekte
Flexibilitätsoptimierung von Dampfturbinenschaufeln

Flexibilitätsoptimierung von Dampfturbinenschaufeln

Leitung:  Dr.-Ing. Lars Panning-von-Scheidt
E-Mail:  jaeger@ids.uni-hannover.de
Team:  M. Sc. Florian Jäger (Dynamik rotierender Maschinen)
Jahr:  2020
Förderung:  AG Turbo

Im Zuge der Energiewende wachsen aufgrund der stark fluktuierenden Einspeisung von Wind- und Solarstrom aus erneuerbaren Energien die Flexibilitätsanforderungen an Dampfturbinen. Aus dieser resultiert u.a. ein Betrieb von Dampfturbinen im Teillastbereich, sodass die Beschaufelungen für höher zulässige Lastwechselzahlen sowie Lastwechselgeschwindigkeiten ausgelegt werden müssen.

Die im Betrieb entstehenden Kräfte hängen stark von der Rotordrehzahl der Turbine ab, so dass aus einer Änderung der Drehzahl ein völlig neuer Belastungszustand resultiert. Insbesondere bei gekoppelten Turbinenschaufeln sind neben der strukturmechanischen Drehzahlabhängigkeit die Kontaktdrücke im Deckband maßgebend für die Schaufelschwingungen. Neben der Drehzahl hängen diese auch von der inertial aufgeprägten Vorspannung durch die Dimensionierung des Deckbandübermaßes ab. Für eine optimale Reduktion der Schwingungsamplituden ist eine genaue Kenntnis über den Einfluss des Deckbandübermaßes unter Berücksichtigung der Drehzahlvariabilität notwendig.

In dieses Projekten wird der Einfluss beider gekoppelten Effekte numerisch und experimentell untersucht. Zur Berechnung der nichtlinearen Schwingungsantwort wird das am IDS entwickelte Programm FoReBlade genutzt und weiterentwickelt. Der experimentelle Projektanteil wird im Rotationsversuchsstand ROT II durchgeführt. Die Schwingungsanregung erfolgt dabei durch den Einsatz von Permanentmagneten sowie die Schwingungsmessung über DMS-Messtechnik. Eine Variation des Deckbandübermaßes gelingt dabei durch das Abschleifen von Material an den Kontaktflächen nach einer abgeschlossenen Messkampange. Der Vergleich zwischen Simulation und Experiment soll das Vorhaben abschließen.

Aus den gewonnenen Projektergebnissen kann zukünftig der Auslegungsprozess von drehzahlvariablen Dampfturbinenschaufeln optimiert werden. Dieser trägt dann für einen kombinierten Einsatz aus regenerativer und flexibel erzeugter konventioneller Stromerzeugung zu einer nachhaltigen Energieversorgung bei.