Optimierung der Prozesse und Systeme sowie der Lebensdauer der Gesamtanlage und ihrer Komponenten (OptiSysKom)
Motivation
Gasturbinenbasierte Energiewandlungsanlagen sind im kombinierten GuD-Prozess sowie in wärmegeführten KWK-Anlagen das Rückgrat der Energiewende. Durch das hohe Flexibilitätspotenzial (z.B. Start- und Stopp Zyklen, Teillastbetrieb, Off-Design Betrieb) und den hohen Wirkungsgrad des gekoppelten Prozesses tragen sie dazu bei, die fluktuierende Erzeugung aus dem stetig steigenden Anteil der erneuerbaren Energien zu kompensieren. Die geforderte Flexibilität geht dabei bei heutigen Turbomaschinen einher mit höherem Verschleiß, großen Wirkungsgradeinbußen im Teillastbereich und einer verkürzten Lebensdauer.
Gemeinsam mit den Projektpartnern wird das Arbeitspaket 3.1 „Herstellung und aerodynamische Erprobung von additiv gefertigten Legierungen für neuartige Turbinenschaufeln“ aus dem Arbeitspaket 3: „Integrale Systemoptimierung zur CO2-Reduktion“ bearbeitet. Dabei werden die Herausforderungen des Betriebs der Turbomaschinen im Verbund mit den Erneuerbaren sowie Stabilität, Lebensdauer und Effizienz im fluktuierenden Lastfolgebetrieb vertiefend untersucht.
Die Aufgabe des IKDG ist die experimentelle Untersuchung der additiv gefertigten (3D-gedruckten) Turbinenschaufeln. Dabei werden das Arbeitspaket 3.1.4 „Aufbau Schaufel-Prüfstand“ und Arbeitspaket 3.1.5 „Experimentelle Analysen Strömungsfeld und Schaufelschwingungen“ bearbeitet.
Methoden
Die verwendete Versuchsturbine verfügt über verschiedene Messebenen für Druck und Temperatur sowie eine Drehzahl- und Drehmomentmessung zur aero- und thermodynamischen Performancebewertung und zur Vermessung des Strömungsfelds.
Ein Tip Timing-Messsystem dient der Bestimmung von Schwingungsmoden und Knotendurchmesser an den zu untersuchenden Laufschaufeln.
Förderung
Dieses Projekt wird im Rahmen der Forschungsvereinigung Arbeitsgemeinschaft Turbomaschinen (AG Turbo) durchgeführt und vom Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie (BMWi) über einen Zeitraum von 4 Jahren finanziell gefördert.