Institut für Kraftwerkstechnik Dampf- und Gasturbinen
Transientes Temperaturfeld in einem Radialturbinenrad
   
Betreuer Dipl.-Ing. Mathias Diefenthal, Dipl.-Ing. Christian Rakut und  Dipl.-Ing. Hailu Tadesse
Motivation Bei der Entwicklung von Abgasturboladern wird die Frage nach der Lebensdauer von Turbinenrädern immer wichtiger. Entscheidend für die Lebensdauer von Turbinenrädern für Abgasturbolader sind die durch unterschiedlichste Lastzyklen hervorgerufenen niederfrequenten Anregungen. Innerhalb eines Zyklus ändern sich hierdurch der Strömungszustand und der Wärmeübergang in der Turbine permanent. Eine entscheidende Größe für die Turbinenrad-Lebensdauerberechnung unter Berücksichtigung dieser Anregungen ist die thermische Belastung des Turbinenrades. Es ist üblich, die Spannungsberechnungen für Turbinenrad-Lebensdaueranalysen bei konstanter Bauteiltemperatur durchzuführen. Auch die Materialfestigkeitswerte werden bei konstanter Temperatur ermittelt. Damit wird nur den Einflüssen der Fliehkraft und der temperaturabhängigen Festigkeitseigenschaften auf die Lebensdauer Rechnung getragen. Die Einflüsse des veränderlichen Temperaturprofils im Festkörper und der hierdurch induzierten Thermospannungen werden durch Sicherheitsfaktoren berücksichtigt.
Methode

Um das instationäre Temperaturfeld im Turbinenrad zu ermitteln, wird im Rahmen eines Projektes, eine Wärmeübergangskorrelation experimentell und numerisch erarbeitet, welche die zeitlich veränderlichen Oberflächentemperaturen des Turbinenrades wiedergibt.

Förderung Das IGF-Vorhaben  der Forschungsvereinigung Verbrennungskraftmaschinen e.V. wurde über die AiF im Rahmen des Programms zur Förderung der Industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert.
Projektpartner FVV
AiF
BMWi
Laufzeit  2,5 Jahre
Publikation Mathias Diefenthal, Christian Rakut, Hailu Tadesse, Manfred Wirsum, Tom Heuer
Temperature Gradients in a Radial Turbine in Steady State and Transient Operation, Proceedings of International Gas Turbine Congress 2015 Tokyo, p. 875-882, Nov. 15-20, 2015

Mathias Diefenthal, Christian Rakut, Hailu Tadesse, Manfred Wirsum
Temperature Distribution in a Radial Turbine Wheel during Transient Operation, MTZ worldwide Issue no.: 2015-09

Hailu Tadesse, Christian Rakut, Mathias Diefenthal, Manfred Wirsum und Tom Heuer
Experimental Investigation of Steady State and Transient Heat Transfer in a Radial Turbine Wheel of a Turbocharger, ASME Turbo Expo 2015, GT2015-43165, Montreal, Quebec, Canada, June 15–19, 2015

Mathias Diefenthal, Hailu Tadesse, Christian Rakut, Manfred Wirsum, Tom Heuer
EXPERIMENTAL AND NUMERICAL INVESTIGATION OF TEMPERATURE FIELDS IN
A RADIAL TURBINE WHEEL, ASME Turbo Expo 2014, GT2014-26327

Mathias Diefenthal, Hailu Tadesse, Christian Rakut, Manfred Wirsum, Tom Heuer
Experimental and Numerical Investigation of Temperature Fields in a Radial Turbine Wheel
15th International Symposium on Transport Phenomena and Dynamics of Rotating Machinery, Feb. 24-28, 2014, , Honolulu, Hawaii, USA