Browsing by Author "Völker, Lutz"

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Neue Aspekte der aerodynamischen Gestaltung von Niederdruck-Endstufen-Beschaufelungen
(2007) Völker, Lutz; Casey, Michael (Prof., D. Phil)
Die heutige Zielsetzung der Auslegung moderner Dampfkraftwerke ist eine weitere Anhebung der Effizienz. Um dies zu erreichen, bietet der Niederdruckteil mit seiner Endstufe und dem nachgeschalteten Diffusor das größte Potential, nicht zuletzt infol-ge der mehrflutigen Bauweise. Ziel ist es daher, die Auslassverluste möglichst zu minimieren, um den Wirkungsgrad zu steigern. Unter Berücksichtigung des festen Enthalpiegefälles über die Stufen lassen sich Steigerungen im Wirkungsgrad nur noch durch Anhebungen des Massenstroms erreichen. Da die Drehzahl an die jewei-lige Netzfrequenz gekoppelt ist und folglich feststeht, erfordert eine Anhebung des Massenstroms eine größere Abströmfläche, die typischerweise mit einem größeren Rotordurchmesser und einem Längenzuwachs der Beschaufelung verbunden ist. Der Längenzuwachs in der Beschaufelung lässt sich jedoch mit Stahlschaufeln infolge der ernormen Fußbelastungen nicht mehr realisieren und erfordert somit einen Mate-rialwechsel von Stahl auf Titan. Damit verbunden ist jedoch ein Umdenken im Schau-feldesign, da Titan infolge der geringeren Dichte den Einsatz von Deckband und Snubber notwendig macht, um die dynamischen Beanspruchungen zu minimieren. Im Rahmen der Entwicklung einer neuen ND-Entstufe erfolgen intensive Untersu-chungen an den Modellen dreier verschiedener Turbinenkonfigurationen im Ver-suchstand des Instituts für Thermische Strömungsmaschinen und Maschinenlabora-torium (ITSM) der Universität Stuttgart. Die Unterschiede zwischen den einzelnen Turbinen konzentrierten sich dabei einerseits auf die Ausführung der Endstufenbe-schaufelung und hierbei im Speziellen auf die Leitschaufelgeometrie, wobei die Ab-strömfläche gleich geblieben ist und andererseits auf die Abströmfläche, die vergrö-ßert wurde. Neben ausgedehnten Strömungsfeldmessungen mit pneumatischen Strömungssonden im Bereich der gesamten Endstufe und des anschließenden Diffu-sors für drei Betriebspunkte erfolgte ebenso die Bestimmung des Wirkungsgrades über dem gesamten Lastbereich, um die Veränderungen im Design zu quantifizieren. Basierend auf den Messungen wurden die einzelnen Turbinenkonfigurationen mit einem 3D-Strömungslöser und einem 2D-Throughflow-Code mehrstufig nachgerech-net. Letzter erlaubt zudem die Berücksichtigung von Schaufelneigungen und bietet die Möglichkeit mit Nassdampf zu rechnen. Die ermittelten Ergebnisse liefern umfangreiche Einblicke in das sich ausbildende komplexe dreidimensionale Strömungsfeld im Bereich der Endstufe in Abhängigkeit vom Schaufeldesign sowie für unterschiedliche Betriebspunkte. Im weiteren stellen die Messungen eine umfangreiche Datenbasis zur Entwicklung, Verbesserung und Validierung von numerischen Verfahren dar, die das Ziel haben, die komplexen drei-dimensionalen Strömungsverhältnisse im Bereich einer Endstufe und letztlich die komplette Durchströmung mehrstufiger Turbinen mit nachgeschaltetem Diffusor zu berechnen.