Das Projekt "COOREFLEX-Turbo, Vorhaben 1.3.1B 'Robustes Aerodesign'" wird/wurde gefördert durch: Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz. Es wird/wurde ausgeführt durch: MTU Aero Engines AG.Dieses Vorhaben wird im Rahmen des Verbundvorhabens COOREFLEX-turbo durchgeführt. Das übergeordnete Ziel besteht in der Erreichung einer robusten Wirkungsgradmaximierung im Hochdruckverdichter unter Berücksichtigung von Geometrieabweichungen am Profil. Unter Einsatz von Optimierungsprozessen sowie von probabilistischen Prozessen soll eine Profilgeometrie gefunden werden, bei welchem das Wirkungsgradintegral über den Lebenszyklus hinweg maximiert wird, bzw. Bauteilabweichungen welche aus der Fertigung kommen toleriert werden können. Demnach soll die Beschaufelung tolerant gegenüber Fertigungsabweichungen und Verschleißmerkmalen ausgelegt werden. Das Vorhaben gliedert sich in drei Hauptarbeitspakete. Im Arbeitspaket zwei soll der Optimierungsprozess bearbeitet werden. Das Arbeitspaket drei behandelt optimierungstechnische und probabilistische Verfahren zur stabilen Optimierung auf die durch die Bauteilabweichungen gegebenen Sensitivitäten. Im Arbeitspaket vier sollen die gewonnenen Erkenntnisse validiert werden und somit deren Anwendbarkeit auf ein großes Spektrum an Verdichterprofilen sichergestellt werden. Im komplementär aufgestellten Vorhaben 1.3.1A des Projektpartners IST, werden neben weiterführenden Entwicklungen des Optimierungsprozesses vor allem Validierungen durchgeführt, welche schlussendlich zu einem validierten und später industriell anwendbaren Ergebnis führen sollen. Somit ist in jedem der Arbeitspakete eine entsprechende Übertragbarkeit der Ergebnisse auf produktrelevante Anwendungen sichergestellt.
Das Projekt "COOREFLEX-Turbo, Robustes Aero-Design" wird/wurde gefördert durch: Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz. Es wird/wurde ausgeführt durch: RWTH Aachen University, Institut für Strahlantriebe und Turboarbeitsmaschinen.Dieses Vorhaben wird im Rahmen des Verbundvorhabens COOREFLEX-turbo durchgeführt. Das übergeordnete Ziel besteht in der Erreichung einer robusten Wirkungsgradmaximierung im Hochdruckverdichter. Es sollen einzelne Topologien der Beschaufelungen gefunden werden, die nicht notwendigerweise den Wirkungsgrad des ideal gefertigten neuen Verdichters unter Designbetriebsbedingungen maximieren, sondern solche, bei denen das Wirkungsgradintegral über den Lebenszyklus hinweg maximiert wird. Demnach soll die Beschaufelung tolerant gegenüber Fertigungsabweichungen und Verschleißmerkmalen ausgelegt werden. Zudem soll sie unter deutlich stärkerem Teillastanteil als im bisherigen Betrieb im Integral über alle Betriebsbedingungen optimale Eigenschaften aufweisen. Das Teilvorhaben gliedert sich in zwei Hauptarbeitspakete. In Arbeitspaket 4 sollen die Methoden und das notwendige Wissen erarbeitet werden, welche eine robuste Optimierung ermöglichen. Enthalten sind hier auch die deterministischen numerischen Verfahren zur Berechnung der strömungsmechanischen Eigenschaften. Die zur Validierung nötigen Kaskadenversuche werden im Arbeitspaket 5 am Kaskadenprüfstand des Institutes durchgeführt. Dabei sollen verschiedene Profile in Vergleichsmessungen gegeneinander gehalten werden.
Das Projekt "Teilvorhaben 2.2.1B Robustes Hochtemperaturverbrennungssystem mit erweitertem Betriebsbereich (HTV-EB)^Teilprojekt 3.2.4; Wärmeübergang und Filmkühleffektivität auf dreidimensional konturierter Seitenwand^Generierung pulsierender Prallstrahlen zur Erhöhung der Kühleffektivität im Turbinengehäuse^1.1.8 Detaillierte experimentelle und numerische Untersuchungen der Strömung in einer Radialverdichterstufe mit Rückführung^1.1.6b Effiziente Laufschaufelgestaltung mit Gehäusestrukturierung^Projekt 1.1.10 Effiziente, robuste Optimierungsstrategien in hoch dimensionalen Räumen (Antwortflächenverfahren)^3.1.6 Flächenhafte Messung der internen Wärmeübergänge für Kühlsysteme von Turbinenlaufschaufeln unter maschinenähnlichen Betriebsbedingungen^COORETEC-Turbo 2020^1.3.5 Probabilistische Untersuchung und Detailoptimierung von Verdichterrotoren für Turbomaschinen (AG TURBO 2020)^1.3.1 Anlagentechnik und Automatisierung von CCS-Strängen^2.1.7: Methodenentwicklung und Aufbau eines Prüfstands für schadstoffarme Brennerkonzepte für mittelgroße Industriegasturbinen^Wärmeübergangsintensivierung in konvektiven Kühlsystemen mit optimierten Oberflächenstrukturen^3.2.11.: Ausführung und Validierung eines Prüfstandes zur Untersuchung von Seitenwandeinflüssen filmgekühlter Schaufelreihen einer Industriegasturbine^Teilvorhaben 4.5.9: Erweiterte Werkstoff-und Lebensdauerkonzepte auf Basis komplexer Versuche^2.3.2B Modellierung thermoakustischer Rückkoppelungen für Mage Verbrennungskonzepte^Vorhaben-Gruppe 4.1.5, Optimierung von linearen Simulationstechniken für die aeroelastische Auslegung gekoppelter Turbinenschaufeln, 4.1.7 Neuartige Seitenwandprofile zur Wirkungsgradverbesserung" wird/wurde gefördert durch: Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz. Es wird/wurde ausgeführt durch: Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen University, Lehrstuhl und Institut für Kraftwerkstechnik, Dampf- und Gasturbinen.Das Ziel des Vorhabens ist eine quantitative Bewertung der Verbesserung der Strömung im Hinblick auf die nachstehend genannten Ziele durch einen Vergleich zwischen 3D- und seitenwandkonturierten zylindrischen Schaufeln sowie zw. Labyrinth- und Bürstendichtungen: Reduzierung des Leckagemassenstroms und damit der Strömungsverluste in den Kavitäten; Reduzierung der Strömungsverluste im Hauptströmungskanal, insbesondere im seitenwandnahen Bereich; Reduzierung der durch die Interaktion zwischen Deckbandströmung und Hauptströmung verursachten Strömungsverluste; Ermittlung des Axialabstand-Einflusses zwischen Leit- und Laufrad. Die Untersuchungen liefern eine umfangreiche und fundierte Datenbasis der Strömungsfelder. Experiment: Konstruktion und Fertigung selbstentwickelter und -gefertigter Messtechnik - Vorbereitung der Versuchsturbine und Installation der Messtechnik incl. Anpassung des Betriebssteuerungs- und Messwerterfassungssystems - Untersuchungen an der seitenwandkonturierten zylindrischen Beschaufelungen - Untersuchungen der seitenwandkonturierten 3D-Beschaufelung - Datenaufbereitung und Analyse. Numerik: Erstellung eines Konzeptes zur Simulation der Leckageströmung - Geometrieerstellung der 3D-Beschaufelung unter Berücksichtigung der verschiedenen Axial-Abstände - Gittergenerierung - Durchführung stationärer und instationäre Rechnungen - Untersuchung der Leckageströmungs-Hauptströmungsinteraktion - Modellierung der Bürstendichtung - Postprocessing und Analyse der Ergebnisse.
Das Projekt "4.2.8: Einfluss von Stützrippen auf die Sekundärströmung in Turbinendiffusoren^2.1.3 Teilverbundprojekt Gasturbine, Verbrennung; Vorhaben 2.1.3 Erweiterung des Brennstoffspektrums für ein NOx-armes Verbrennungssystem^2.3.2: Thermoakustisches Stabilitätsverhalten von mager betriebenen Brennkammern^Vorhaben Nr. 1. 3. 6: Fortschrittlicher HCF Bauteiltest^1.3.7 ;Verbesserung des Verständnisses der Strömung in Radseitenräumen von Radialverdichtern für CO2-Hochdruckanwendungen^4.1.12B: Akustische Schaufelschwingungsanregung im rotierenden System^4.2.9B Erweiterte Werkstoff- und Lebensdauerkonzepte auf Basis komplexer Versuche^COORETEC-Turbo 2020^4.1.2 Probabilistische Lebensdauerberechnung für Design bei extremen Temperaturen^2.1.4 Industriegasturbinenbrenner für alternative Brenngase (IGAB)^Teilverbundprojekt Expansion, Vorhaben-Gruppe Ventile, Gehäuse, Ein- und Ausströmungen, Vorhaben 4.2.2 Verbesserung des Druckrückgewinnes in axialen Kraftwerksdiffusoren^1.1.3; 'Verbesserung des Strömungsverhaltens von subsonischen Verdichterstufen in Axialverdichtern mit großen Radialspaltweiten'^4.1.6b 'Experimentelle und numerische Untersuchungen der Robustheit von 3D-Schaufelkanalgestaltungen'^2.1.6 Teilverbundprojekt Gasturbine, Verbrennung; Vorhaben 2.1.6 Neue Brennerkonzepte für Brennstoffe mit hohem Wasserstoffanteil und minimaler Verdünnung^4.1.12 Akustische Schaufelschwingungsanregung im rotierenden System^Teilverbundprojekt Kühlung, Vorhaben-Gruppe Kühlmittelführung und Schaufelinnenkühlung - Teilvorhaben 3.2.3 Optimierung einer dreidimensionalen Seitenwandkonturierung unter Berücksichtigung von Filmkühlung und Leckageluft, Expansion - Teilvorhaben: 4.1.8 Innovative 3D Schaufelgeometrien" wird/wurde gefördert durch: Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz. Es wird/wurde ausgeführt durch: Siemens AG.Das übergeordnete Ziel des Vorhabens ist die Wirkungsgradsteigerung bei Dampfturbinen von fossil befeuerten Kraftwerken für eine effektivere Nutzung der Primärenergieträger und damit einem reduzierten Ausstoß von CO2. Dies soll durch eine sog. Seitenwandkonturierung im Schaufelpfad von Dampfturbinen erreicht werden. Hierfür wird in diesem Vorhaben der Einfluss der Seitenwandkonturierung auf die Sekundärströmungsverluste einer für den Dampfturbinenbau typischen Beschaufelung experimentell und numerisch untersucht. Es wird erwartet, dass die Ergebnisse zu einem tieferen Verständnis über die maßgeblichen Einflussfaktoren zur Verringerung der Sekundärströmungsverlusten beitragen. Die Ergebnisse des Vorhabens sind Voraussetzung für eine spätere Einführung der Seitenwandkonturierung im Dampfturbinenbau. Nach Vorbereitung und Qualifizierung des am Institut für Turbomaschinen und Fluid-Dynamik (TFD) der Leibniz-Universität Hannover betriebenen Turbinenprüfstands, werden im Rahmen von zwei Messkampagnen die Unterschiede in der Strömungstopologie bei einer mit Seitenwandkonturierung ausgeführten Beschaufelung und einer herkömmlichen Beschaufelung gemessen und analysiert. Erforderliche Arbeiten an Rotor und Beschaufelung sowie Auslegung, Beschaffung und Wuchten eines zweiten Rotors werden durch den Antragsteller ausgeführt. Arbeiten am Turbinenprüfstand und die Durchführung der Experimente obliegt dem TFD. Unterstützend sollen numerische Studien durchgeführt werden.
Das Projekt "4.2.8: Einfluss von Stützrippen auf die Sekundärströmung in Turbinendiffusoren^2.1.3 Teilverbundprojekt Gasturbine, Verbrennung; Vorhaben 2.1.3 Erweiterung des Brennstoffspektrums für ein NOx-armes Verbrennungssystem^2.3.2: Thermoakustisches Stabilitätsverhalten von mager betriebenen Brennkammern^Optimierung und robuste Auslegung für gekoppelte Laufbeschaufelungen, Vorhaben 4.1.3'^Expansion - Teilvorhaben: 4.1.8 Innovative 3D Schaufelgeometrien^1.3.7 ;Verbesserung des Verständnisses der Strömung in Radseitenräumen von Radialverdichtern für CO2-Hochdruckanwendungen^4.1.12B: Akustische Schaufelschwingungsanregung im rotierenden System^COORETEC-Turbo 2020^4.1.2 Probabilistische Lebensdauerberechnung für Design bei extremen Temperaturen^2.1.4 Industriegasturbinenbrenner für alternative Brenngase (IGAB)^Teilverbundprojekt Expansion, Vorhaben-Gruppe Ventile, Gehäuse, Ein- und Ausströmungen, Vorhaben 4.2.2 Verbesserung des Druckrückgewinnes in axialen Kraftwerksdiffusoren^4.1.6b 'Experimentelle und numerische Untersuchungen der Robustheit von 3D-Schaufelkanalgestaltungen'^2.1.6 Teilverbundprojekt Gasturbine, Verbrennung; Vorhaben 2.1.6 Neue Brennerkonzepte für Brennstoffe mit hohem Wasserstoffanteil und minimaler Verdünnung^4.1.12 Akustische Schaufelschwingungsanregung im rotierenden System^4.2.9B Erweiterte Werkstoff- und Lebensdauerkonzepte auf Basis komplexer Versuche^Teilverbundprojekt Kühlung, Vorhaben-Gruppe Kühlmittelführung und Schaufelinnenkühlung - Teilvorhaben 3.2.3 Optimierung einer dreidimensionalen Seitenwandkonturierung unter Berücksichtigung von Filmkühlung und Leckageluft, Teilvorhaben 1.1.2 Aerodynamische und strukturmechanische Optimierung der Randbereiche subsonischer Verdichterbeschaufelungen unter Berücksichtigung der Schaufelinteraktion" wird/wurde gefördert durch: Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie. Es wird/wurde ausgeführt durch: Siemens AG.
Das Projekt "COORETEC-Leuchtturm - Vorhaben FlexComp" wird/wurde gefördert durch: Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie. Es wird/wurde ausgeführt durch: Siemens AG.Dieses Vorhaben ist Teil des Verbundprojekts COORETEC Leuchtturm. Der für zukünftige Kraftwerksgasturbinen angestrebte, erheblich flexiblere und gleichzeitig umweltfreundlichere Betrieb führt zu einem deutlich variableren Arbeitsbereich des zugehörigen Verdichters bei zusätzlich gesteigertem Wirkungsgrad und Druckverhältnis. Für diese Anforderung soll eine entsprechend optimierte Verdichterbeschaufelung entworfen werden. Ausgewählte Aspekte dieser Beschaufelung sollen anschließend experimentell in dem Verdichter-Rig, das in einem zurzeit laufenden COORETEC-turbo Projekts entworfen und gebaut wird, untersucht werden. Auf diese Weise wird ein direkter Vergleich mit dem bestehenden Schaufeldesign ermöglicht. Die gegenüber den derzeitigen Betriebsbedingungen erhöhten Temperaturen machen neue Werkstoffe für die Verdichterradscheiben erforderlich. In einem zweiten Teilprojekt soll deshalb eine Materialoptimierung für ein modifiziertes Radscheibendesign erfolgen, um die zukünftigen Anforderungen erhöhter Verdichterdruckverhältnisse zu erfüllen. Die Ergebnisse beider Teilprojekte werden für neue Produkte sowie für die Verbesserung bestehender Produkte verwertet.
Das Projekt "Teilvorhaben 1.2.3A: Auslegung einer Verdichterbeschaufelung zur Untersuchung von Instabilitäten und Abreißmechanismen an der Laufschaufelspitze^COORETEC Turbo III^Teilvorhaben 2.2.2B Integrierte passive Dämpfungssysteme zur Reduzierung thermoakustischer Instabilitäten in Gasturbinen-Brennkammern^Teilprojekt: 4.3.1: Langzeitdehnwechselverhalten von großen Dampfturbinenkomponenten im Hochtemperaturbereich^Teilvorhaben 1.2.3: Auslegung einer Verdichterbeschaufelung zur Untersuchung von Instabilitäten und Abreißmechanismen an der Laufschaufelspitze^Teilvorhaben 2.2.2B Verbrennung, Integrierte passive Dämpfungssysteme zur Reduzierung thermoakustischer Instabilitäten in Gasturbinen-Brennkammern im Vorhaben, Teilprojekt 4.2.6: Expansion; Untersuchung und Vergleich von konkurrierenden adaptiven Dichtsystemen in Turbomaschinen hinsichtlich Effektivität und dynamischem Verhalten" wird/wurde gefördert durch: Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie. Es wird/wurde ausgeführt durch: Karlsruher Institut für Technologie (KIT), Institut für Thermische Strömungsmaschinen.Konventionelle Labyrinthdichtungen mit geraden Dichtstreifen müssen aufgrund von thermischen und mechanischen Dehnungen und zum Einhalten von Sicherheitsabständen zur Vermeidung von Anstreifen relativ große Spaltweiten aufweisen. Im Rahmen dieses Vorhabens sollen neuartige flexible Dichtstreifenkonzepte untersucht werden. Dabei sollen die geraden Dichtstreifen durch anstreiftolerantere Dichtelemente ersetzt werden. Somit hat das Dichtsystem in sich eine gewisse Flexibilität und kann einem Anstreifvorgang deutlichbesser widerstehen. Dieses Verhalten erlaubt, im Vergleich zu den geraden Dichtstreifen, die Reduktion des Nominalspaltes und einen sicheren Betrieb auch bei gelegentlichem Anstreifen. Ziel dieses Vorhabens am ITS ist es, verbesserte adaptive Dichtsysteme für die Reduzierung der Spaltverluste zwischen Deckband der rotierenden Beschaufelung und Gehäuse zu entwickeln und dabei die Einflüsse der instationären Verhältnisse im abzudichtenden Bereich zu charakterisieren. Dazu sollen unterschiedliche Dichtsysteme sowohl theoretisch wie auch praktisch untersucht und Vergleichsdaten ermittelt werden. Auswahl der adaptiven Dichtsysteme und Festlegen der Einsatzbedingungen (2)Vorhersage des Strömungsfeldes und der Leckage (CFD) (3) Simulation der FSI (4) Definition der Versuchsparameter und Umbau des Versuchsstands, Fertigung der Versuchsdichtung (5) Validierung (6) Analyse der Verschleißmechanismen
Das Projekt "Iterative Optimierung der Fertigung lokal angepasster Riblet-Strukturen auf einer dreidimensionalen Turbomaschinenbeschaufelung" wird/wurde ausgeführt durch: Leibniz Universität Hannover, Institut für Turbomaschinen und Fluid-Dynamik.Ziel des Projektes ist die iterative Optimierung des Fertigung lokal angepasster Riblet-Strukturen auf dreidimmensionalen Turbomaschinenbeschaufelungen. Der Fertigungsprozess wird seitens des Institut für Fertigungstechnik und Werkzeugmaschinen (IFW) mit Hilfe der Simulationssoftware CutS simuliert. Aus der Simulation des Fertigungsprozesses lassen sich Rückschlüsse auf die Kosten der Fertigung ziehen. Diese (zusätzlich) anfallenden Fertigungskosten werden den erwarteten, reduzierten Betriebskosten, bedingt durch Verringerung der Wandschubspannung und der damit einhergehenden Erhöhung des Wirkungsgrades durch die Riblet-Strukturen, gegenübergestellt. Die Abschätzung der aerodynamischen Einflüsse der Riblet-Strukturen wird mit Hilfe der Strömungssimulationssoftware MISES durchgeführt, der zuvor der Riblet-Effekt implementiert wurde. Einen wesentlichen Einfluss auf die Wirkungsweise der Riblet-Strukturen bilden fertigungsbedingte Übergangsbereiche zwischen zwei konstanten Riblet-Geometrien. Dieser Einfluss wird im Rahmen des Projektes vStruct in der Strömungssimulationssoftware MISES implementiert. Die zur Implementierung notwendigen mathematischen Korrelationen werden mit Hilfe von Large Eddy Simulationen gewonnen.
Das Projekt "COOREFLEX-Turbo, 4.1.12 AG Turbo COOREFLEX-turbo: Teilverbundprojekt 4: Expansion; Vorhaben-Gruppe 4.1: Dampfturbinen-Schaufelentwicklung; Vorhaben 4.1.12: Industriedampfturbine" wird/wurde gefördert durch: Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz. Es wird/wurde ausgeführt durch: Siemens AG.Das Vorhaben umfasst Projekte zur Optimierung von Gas- und Dampfturbinen sowie Industriedampfturbinen. Letztere werden als Kompressorantriebsturbinen im CO2-Abscheidung und -Speicherung (CCS)-Strang eingesetzt, aber auch in kompakten dezentralen Kraftwärmekoppelungs(KWK)-Anlagen kommunaler Betreiber und der Industrie. Die Turbinen sollen weitere Wirkungsgradsteigerungen bei gleichzeitiger Kostenoptimierung erfahren. Ebenfalls müssen unter Berücksichtigung höherer zulässiger Lastwechselzahlen und Lastwechselgeschwindigkeiten ausgelegt werden, um fluktuierende Einspeisung von Wind- und Solarstrom bedingte Schwankungen ausgleichen zu können. Neben der Erhöhung der Startzahlen, geht es hier auch um den effizienteren Betrieb der Turbinen im unteren Lastbereich und um größere Lastgradienten.
Das Projekt "COOREFLEX-Turbo, 4.1.3B Teilprojekt: Dampfturbinen-Schaufelpfad hoher Leistungsdichte" wird/wurde gefördert durch: Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz. Es wird/wurde ausgeführt durch: Siemens AG.Das Vorhaben umfasst Projekte zur Optimierung von Gas- und Dampfturbinen sowie Industriedampfturbinen. Letztere werden als Kompressorantriebsturbinen im CO2-Abscheidung und -Speicherung (CCS)-Strang eingesetzt, aber auch in kompakten dezentralen Kraftwärmekoppelungs(KWK)-Anlagen kommunaler Betreiber und der Industrie. Die Turbinen sollen weitere Wirkungsgradsteigerungen bei gleichzeitiger Kostenoptimierung erfahren. Ebenfalls müssen unter Berücksichtigung höherer zulässiger Lastwechselzahlen und Lastwechselgeschwindigkeiten ausgelegt werden, um fluktuierende Einspeisung von Wind- und Solarstrom bedingte Schwankungen ausgleichen zu können. Neben der Erhöhung der Startzahlen, geht es hier auch um den effizienteren Betrieb der Turbinen im unteren Lastbereich und um größere Lastgradienten.
