Das Projekt "Teilvorhaben: 2.1b, 2.2b, 2.3a, 3.1a und 3.2a" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von MTU Aero Engines AG durchgeführt. Die Arbeiten der MTU fokussieren auf eine spätere Umsetzung in Turbokomponenten von Gasturbinen mit verbesserter Robustheit und Optimierung von Bauteilen und Komponenten für einen fluktuierenden Betrieb mit hohen Lastzyklen. HAP 2 'Zyklenfeste Turbokomponenten' Für die Konzeption in frühen Auslegungsphasen wird ein Modellierungsverfahren von Radial- und Axial-Radialverdichtern für Gasturbinen kleiner Leistungsklassen im dezentralen Betrieb entwickelt (AP 2.1). Aeromechanische Schwingungsanregungen durch Verbrennung, Mehrstufeninteraktion und Schaufelflattern bekommen bei einem hochflexiblen Betrieb zukünftiger Gasturbinen viel größere Bedeutung und werden bei den thermisch und statisch höchstausgelasteten Turbinenschaufeln sogar Design-beeinflussend (AP2.2). Bewertungsmethodiken für Beschaufelungen mit Deckband sollen dann die Auslegung von Beschaufelungen mit erweiterten Lebensdaueranforderungen ermöglichen. Die präzise Vorhersage von Eigenfrequenzen und Dämpfungsverhalten im Deckbandbereich ist von hoher Bedeutung für eine Verschleißbewertung (AP 2.3). HAP 3 'Virtuelle Produktentwicklung unter realen Bedingungen' Faseroptische Sonden für Hochtemperaturmessungen sollen neuartige experimentelle Untersuchungen an Gasturbinen zu deren Effizienzsteigerung ermöglichen (AP 3.1); hierzu soll RFBG (regenerierte Faser-Bragg-Gitter) basierte Sensorik, sowie die Methodik zur Signaltrennung und Steigerung der Messgenauigkeit weiterentwickelt werden. Durch verbesserte RANS-basierte Turbulenzmodelle soll eine bessere Vorhersagegüte der Turbomaschinenströmung erzielt werden (AP 3.2). Es werden Verbesserungen der Modellierung angestrebt, die das turbulente Niveau über die einzelnen Stufen im Verdichter besser wiedergeben; insbesondere auch durch die Berücksichtigung lokaler Strömungsphänomene. Hierdurch sollen Belastung und Betriebsverhalten des Verdichters (Pumpgrenze, Stufen-Matching, Kennlinienform) verbessert werden.
Das Projekt "Teilvorhaben: Aeroelastische Analyse, Sensorierung und wirtschaftliche Betrachtung der Turmstrukturen von Windenergieanlagen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Bremen, Institut für integrierte Produktentwicklung durchgeführt. Das Projekt REFINE verfolgt im Wesentlichen drei Ziele. So sollen mittels innovativer, an der Universität Bremen entwickelter IoT-Messtechnik die Schwingungen von Onshore-Windenergieanlagen des Projektpartners Nordex erfasst und erforscht werden. Parallel dazu erfolgt die Entwicklung eines aerodynamischen Device zur Reduktion der aerodynamischen Schwingungsanregung in verschiedenen Lebenszyklusphasen. Dieses Device soll bis zu einem Reifegrad entwickelt werden, welche das Testen unter echten Bedingungen (TRL 6) zulässt. Holistische Wirtschaftlichkeitsbetrachtungen runden das Projekt mit der Errechnung der möglichen Reduktion von Energiegestehungskosten durch den Einsatz eines solchen aerodynamischen Device ab.
Das Projekt "Teilvorhaben: Datengetriebene Modellbildung" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Fraunhofer-Institut für Entwurfstechnik Mechatronik durchgeführt. Zentrifugen, speziell Tellerseparatoren, werden in vielen Industriezweigen zur Separation von Fest-Flüssig oder Flüssig-Flüssig-Systemen eingesetzt. Durch die komplexen Produkteigenschaften sind optimale Betriebszustände schwer einstellbar. Jedoch besteht bereits durch geringfügige Änderungen des Betriebspunktes ein enormes Potential zur Reduktion des Energieverbrauches. Ziel des vorliegenden Vorhabens ist es, durch eine Erfassung von einfach messbaren Größen wie bsp. Schwingungsdaten und einer Auswertung sowie Mustererkennung der Signale Kenngrößen der Maschinen abzuleiten. Durch eine intelligente Prozessführung der Zentrifugen soll damit die Energieeffizienz der Systeme bei gleichzeitiger Erhöhung der Prozesssicherheit verbessert werden. Konkret sollen im Rahmen des Projekts durch Erfassung und Analyse von Schwingungsdaten einer Zentrifuge umfassende Aussagen zum Betriebszustand abgeleitet und durch zu erarbeitende Regelstrategien ein energieeffizienter Betrieb gewährleistet werden. Darüber hinaus sollen aus den Schwingungsmustern Aussagen über Ablagerungszustände abgeschiedenen Materials gemacht werden, die neuartige Ansätze für Reinigungszyklen bieten und ein Früherkennungssystem für kritische Betriebsbereiche (Schwingungsanregung der Maschine) bieten. In Folge der reduzierten Stillstandzeiten wird damit auch der Einsatz umweltschädlicher Reinigungsmittel deutlich reduziert.
Das Projekt "Teilvorhaben: Demonstration des Schwingungsverhaltens unter Berücksichtigung interner Prozesse" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von GEA Westfalia Separator Group GmbH durchgeführt. Zentrifugen, speziell Tellerseparatoren, werden in vielen Industriezweigen zur Separation von Fest-Flüssig oder Flüssig-Flüssig-Systemen eingesetzt. Bedingt durch die hohen Durchsätze und Drehzahlen der Maschinen stellen bereits geringe Optimierungen der beiden Größen einen großen Hebel zur Reduktion des Energieverbrauchs in vielen Branchen des verarbeitenden Gewerbes dar. Durch die komplexen Produkteigenschaften sind allerdings optimale Betriebszustände eher die Ausnahme als die Regel und führen zu Stillstandzeiten für Reinigung, usw., die den Energieverbrauch durch erneutes Anfahren drastisch erhöhen. Geregelte Zentrifugen, die adaptiv sich auf veränderliche Produkteigenschaften einstellen, sind bislang am Markt nicht vorhanden. Das Ziel des vorliegenden Vorhabens ist es, durch eine Erfassung von einfach messbaren Größen (hier: Transiente Schwingungsverläufe der Maschine an verschiedenen örtlichen Positionen) und einer Auswertung sowie Mustererkennung der Signale Kenngrößen der Maschinen abzuleiten. Durch eine intelligente Prozessführung der Zentrifugen (hier: Tellerseparatoren) soll damit die Energieeffizienz der Systeme bei gleichzeitiger Erhöhung der Prozesssicherheit verbessert werden. Konkret sollen im Rahmen des Projekts durch Erfassung und Analyse von Schwingungsdaten einer Zentrifuge umfassende Aussagen zum Betriebszustand abgeleitet und durch zu erarbeitende Regelstrategien ein energieeffizienter Betrieb gewährleistet werden. Darüber hinaus sollen aus den Schwingungsmustern Aussagen über Ablagerungszustände abgeschiedenen Materials gemacht werden, die neuartige Ansätze für Reinigungszyklen bieten und ein Früherkennungssystems für kritische Betriebsbereiche (Schwingungsanregung der Maschine) bieten. In Folge der reduzierten Stillstandzeiten wird damit auch der Einsatz umweltschädlicher Reinigungsmittel deutlich reduziert.
Das Projekt "Teilvorhaben: Numerische Modellierung des Schwingungsverhaltens und dessen experimentelle Validierung" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Bergische Universität Wuppertal, Fakultät für Maschinenbau und Sicherheitstechnik, Lehrstuhl Strömungsmechanik (LSM) durchgeführt. Zentrifugen, speziell Tellerseparatoren, werden in vielen Industriezweigen zur Separation von Fest-Flüssig oder Flüssig-Flüssig-Systemen eingesetzt. Bedingt durch die hohen Durchsätze und Drehzahlen der Maschinen stellen bereits geringe Optimierungen der beiden Größen einen großen Hebel zur Reduktion des Energieverbrauchs in vielen Branchen des verarbeitenden Gewerbes dar. Durch die komplexen Produkteigenschaften sind allerdings optimale Betriebszustände eher die Ausnahme als die Regel und führen zu Stillstandzeiten für Reinigung, usw., die den Energieverbrauch durch erneutes Anfahren drastisch erhöhen. Geregelte Zentrifugen, die adaptiv sich auf veränderliche Produkteigenschaften einstellen, sind bislang am Markt nicht vorhanden. Das Ziel des vorliegenden Vorhabens ist es, durch eine Erfassung von einfach messbaren Größen (hier: Transiente Schwingungsverläufe der Maschine an verschiedenen örtlichen Positionen) und einer Auswertung sowie Mustererkennung der Signale Kenngrößen der Maschinen abzuleiten. Durch eine intelligente Prozessführung der Zentrifugen (hier: Tellerseparatoren) soll damit die Energieeffizienz der Systeme bei gleichzeitiger Erhöhung der Prozesssicherheit verbessert werden. Konkret sollen im Rahmen des Projekts durch Erfassung und Analyse von Schwingungsdaten einer Zentrifuge umfassende Aussagen zum Betriebszustand abgeleitet und durch zu erarbeitende Regelstrategien ein energieeffizienter Betrieb gewährleistet werden. Darüber hinaus sollen aus den Schwingungsmustern Aussagen über Ablagerungszustände abgeschiedenen Materials gemacht werden, die neuartige Ansätze für Reinigungszyklen bieten und ein Früherkennungssystems für kritische Betriebsbereiche (Schwingungsanregung der Maschine) bieten. In Folge der reduzierten Stillstandzeiten wird damit auch der Einsatz umweltschädlicher Reinigungsmittel deutlich reduziert.
Das Projekt "Teilvorhaben: 2.2a, 3.4 und 3.5" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Siemens Gas und Power GmbH & Co. KG durchgeführt. Das Vorhaben unterstützt wesentlich die Auslegungs- und Optimierungsprozesse für optimale Effizienz und Lebensdauer von Turbinenkomponenten an unterschiedlichsten Betriebspunkten. Im aktuellen Vorhaben werden neue Konzepte und Module zur multidisziplinaren Optimierung erarbeitet. Bei zukünftigen hocheffizienten Gasturbinen, die einen hochflexiblen Betrieb in einem sehr großen Betriebsbereich gewährleisten können, bekommen aeromechanische Schwingungsanregungen eine viel größere Bedeutung. Für Turbinenschaufeln sind sie Design-beeinflussend und können nicht mehr durch Design vollständig vermieden werden. Daher wird eine gezielte Dämpfungsoptimierung notwendig, die mit dem Schaufeldesign durchgeführt werden muss und nur noch durch eine multidisziplinäre Optimierung erreicht werden kann. Bei der Fertigung sowie dem Betrieb von Gasturbinen werden heute immer größere Datenmengen erzeugt. Ziel ist es, ein datenbasiertes Modell für Varianzen aus dem Fertigungsprozess und für den Betrieb von Turbinenkomponenten zu entwickeln. Dazu werden geeignete Modelle erstellt, welche in der Lage sind, die möglichen Abweichungen aus der vorhandene Datenbasis auf neue Bauteile zu übertragen. Mit Hilfe dieser Modelle werden dann realistische Geometrievariationen und Randwertschwankungen erzeugt, welche dann die Basis für eine probabilistische Lebensdauer- und Performancequantifizierung neuer Komponenten bildet. Ein möglichst großer Wirkungsgrad wird maßgeblich durch den Verbrauch von Kühlluft bestimmt. Zur Steigerung des Wirkungsgrades muss daher der Verbrauch von Kühlluft minimiert werden. Als Verbesserung gegenüber semiempirischen, korrelationsbasierten Berechnungsmethoden stehen bereits sogenannte Konjugierte Simulationsmethoden (Conjugate Heat Transfer) zur Verfügung, welche Strömungsfluid und Bauteil gekoppelt modellieren. Die industrielle Anwendung dieser Methoden soll durch Validierung und Automatisierung möglich gemacht werden.
Das Projekt "Teilvorhaben: 1.3b" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Rheinland-Pfälzische Technische Universität Kaiserslautern-Landau, Lehrstuhl für Werkstoffkunde durchgeführt. Ziel des beantragten Teilvorhabens ist die probabilistische Modellierung der Ausfallwahrscheinlichkeiten von Gasturbinenkomponenten aus polykristallinen Ni-Basis Gusslegierungen bei überlagerter Beanspruchung durch Kriechen (z. B. aufgrund von Fliehkräften an hochtemperaturbeanspruchten Turbinenschaufeln) und hochzyklischer Ermüdung (z. B. aufgrund Schwingungsanregung im inhomogenen Strömungsfeld hinter dem Leitgitter und/oder Resonanzen beim An- und Abfahren). Als wesentliche Voraussetzung hierfür ist ein grundlegendes Verständnis der Interaktion von (i) kriechinduzierter Korngrenzenschädigung, (ii) Ermüdungsrissbildung an kriechinduzierten Fehlstellen, (iii) Rissbildung an Ermüdungsgleitbändern und (iv) dem Mikrorissfortschritt, der maßgeblich durch (i) beeinflusst wird, zu erarbeiten. Diese im Experiment zu gewinnenden Erkenntnisse sollen in ein probabilistisches Modell zur Lebensdauerbewertung unter Einbezug der genannten mikrostrukturellen Kenngrößen überführt werden. Dieser im Kontext der Lastflexibilisierung thermischer Kraftwerke essentielle und umfangreiche Forschungsbedarf soll im beantragten Teilvorhaben adressiert und die Resultate in für das Bauteildesign geeignete Werkzeuge überführt werden. Neben den oben angesprochenen Erweiterungen der Ansätze zu (i) und (ii) hinsichtlich Probabilistik sowie (iv) hinsichtlich Kriechschädigung ist insbesondere ein umfassendes Verständnis zur Interaktion der Schädigungsmechanismen bei betriebsrelevanten Beanspruchungen durch gezielte Experimente und Mikrostrukturuntersuchungen zu erarbeiten. Auf Basis dieser Daten sollen die aktuell verfügbaren, weitgehend phänomenologischen Modelle verbessert und in physikalisch besser begründete Ansätze überführt werden. Schlussendlich soll ein probabilistisches Gesamtmodell erstellt werden, welches Kriechen, Ermüdung im HCF-Bereich als auch deren Interaktion berücksichtigen kann.
Das Projekt "Beruhigung von Schwingungssystemen mittels optimierter Platzierung neuer, situationsadaptiver Reibungsdämpfer" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Karlsruher Institut für Technologie (KIT), Institut für Technische Mechanik (ITM), Bereich Dynamik , Mechatronik durchgeführt. Stetig steigende Energiekosten und sich verschärfende gesetzliche Vorschriften machen es notwendig, die Wirkungsgrade in allen Arten von Maschinen und Anlagen konsequent zu erhöhen. Infolgedessen werden dämpfende Einflüsse systematisch reduziert. Zudem werden mechanische Strukturen immer mehr unter Aspekten des Leichtbaus ausgeführt, wodurch die Empfindlichkeit gegenüber Schwingungsanregung noch weiter verstärkt wird. Deswegen ist es dringend notwendig, Schwingungen mechanischer Strukturen wirksam und fokussiert zu mindern, ohne dabei die Funktion oder den Wirkungsgrad der Maschine als Ganzes nennenswert zu beeinflussen. Die oft bei der Auslegung vernachlässigten Nichtlinearitäten der Dämpfungskräfte eröffnen großes Potential zur Realisierung situationsabhängigen Verhaltens, ohne auf aktive Regelung und externe Energieversorgung zurückgreifen zu müssen. Insbesondere trockene Reibung mit den ihr immanenten Haft-Gleit-Übergängen ermöglicht die Realisierung mechanischer Schaltelemente, die als Grundbausteine für anpassungsfähige dissipative Vorrichtungen (DV) dienen können. Für Systeme mit einem Freiheitsgrad wurde der Einfluss klassischer reibungsinduzierter Dissipation auf fremderregte Schwingungen in der Literatur umfassend diskutiert. Entsprechende DV nutzen hauptsächlich die dissipativen Eigenschaften trockener Reibung. Dabei wird entweder die konstruktive Reibung nutzbar gemacht, die in jeder Fügestelle vorhanden ist, oder es werden spezielle mit konzentrierter oder verteilter Reibung ausgestattete konstruktive Lösungen eingesetzt. Wesentlich weniger intensiv wurde hingegen das Verhalten von auf trockener Reibung basierenden DV in Systemen mit mehreren Freiheitsgraden untersucht. In diesem Zusammenhang sind vor allem Fragen zur optimalen Platzierung solcher Vorrichtungen und zur stark nichtlinearen Interaktionen zwischen einzelnen Elementen und der ursprünglichen Struktur nicht hinreichend geklärt. Im Rahmen des Projektes soll vor allem untersucht werden, wie neuartige, auf trockener Reibung basierende Vorrichtungen zur gezielten Reduktion fremderregter Schwingungen eingesetzt werden können. Neben der Analyse der DV selbst sollen auch Methoden zur Bestimmung einer optimalen Konfiguration und räumlichen Platzierung dieser Vorrichtungen vorgeschlagen werden. Um diese Ziele zu erreichen werden verschiedene, auf vier Grundelementen (Elastizität, Spiel, Reibung mit u.U. modulierter Normalkraft sowie Feder mit verteilter Reibung) und ihren Kombinationen basierende DV in Bezug auf ihre Wirksamkeit und ihre selbst-adaptiven Eigenschaften miteinander verglichen. Daneben werden analytische Methoden entwickelt, um die Effizienz dieser Vorrichtungen verlässlich evaluieren zu können. Die sinnvolle Platzierung der Vorrichtungen in und an dem zu bedämpfenden System wird mit Hilfe von Optimierungsmethoden untersucht. Zu den vielversprechendsten Konzepten werden Prototypen hergestellt und experimentell getestet.
Das Projekt "Teilprojekt: Schwingungsverhalten und Dynamikvorgänge von Bohrgarnituren" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität Braunschweig, Institut für Dynamik und Schwingungen durchgeführt. Das übergeordnete Ziel ist die Reduzierung der Herstellungskosten von Tiefbohrungen auf Geothermie durch eine gegenüber dem Stand der Technik erheblich verbesserte Kontrolle der mechanisch-dynamischen Bohrbedingungen. Ein effektiver Bohrprozess wird durch Unstetigkeiten im Gebirge, wie insbesondere die bei Geothermiebohrungen häufig anzutreffenden Störungszonen, behindert. Dadurch werden unerwünschte Schwingungen und Dynamikvorgänge in der untertägigen Bohrgarnitur generiert, die Bohrfortschritt und Lebensdauer wesentlich verringern. In 2 Teilvorhaben soll über realitätsnahe HIL-Simulationen untersucht werden, wie unerwünschte Schwingungen in typischen Geothermie-Gesteinshorizonten vermieden oder zumindest signifikant reduziert werden können. Hierbei werden virtuelle Bohrstränge mit realen Bohrgarnituren unter voller Berücksichtigung der Dynamikwechselwirkungen in Echtzeit gekoppelt. Im Teilvorhaben des IDS werden drei Teilprojekte bearbeitet (TP 3, 4, 5) In TP3 wird ein virtuelles Echtzeit-Bohrstrangmodell zur Interaktion mit dem Hardware-Teilbohrstrang (TP1/2 DSC) entwickelt. Durch geeignete Kopplung mit den Aktuatoren kann damit die Gesamtdynamik beliebig langer Bohrstränge explizit berücksichtigt werden. Die Modelle umfassen insbesondere auch die Bohrlochgeometrie sowie die Steuerungsmöglichkeiten am Bohrturm. Zur Realisierung der Bewegungen über den Hexapod auf den Testkörper werden in TP 4 die Beobachtbarkeit und modellbasierten Schwingungsuntersuchungen der Probenkörper im Teststand untersucht. Hierzu müssen mit geeigneten Sensoren 3D-Verfolgungsstrategien des Hardware-Teilbohrstranges im Teststand entwickelt werden unter besonderer Berücksichtigung der parasitären Dynamik des Versuchsstandes. Zum TP 5 trägt IDS eine modellbasierte Versuchsplanung unter Berücksichtigung von Gesteinsproben mit störungszonenähnlichen Inhomogenitäten bei, sowie Untersuchungen zum Gesteinszerstörungsprozess beim Bohren und dessen Einfluss auf die Gesamtdynamik des Bohrstranges.
Das Projekt "4.1.1 AG - Teilverbundprojekt 4: Expansion; Vorhaben-Gruppe 4.1: Dampfturbinen-Schaufelentwicklung; Vorhaben 4.1.1: Niederdruckdampfturbinen-Endstufen für erweiterte Betriebsbereiche" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Siemens AG durchgeführt. Der Trend zur Kostenoptimierung der Gesamtanlage führt zu höheren Leistungsdichten und damit zu höheren Massenströmen. Die Optimierung kann auch zu höheren Kondensatordrücken führen und damit wird generell das Anregungspotential der Endstufenschaufeln zunehmen. Des Weiteren benötigt die Einspeisung von regenerativer Energie eine flexiblen Fahrweise der Dampfturbine um die Versorgungslücken zu schließen. Damit wird die Anforderung an einen Dampfturbinenbetrieb in extremer Teillast steigen. Gerade in diesem Betriebspunkt ergeben sich Strömungszustände, die zu erhöhten Schaufelschwingungen führen, die lebensdauerbeschränkend sein können. Ziel dieses Projektes ist es, die Ursachen des instationären Verhaltens zu verstehen und entsprechende Gegenmaßnahmen abzuleiten bzw. das Design so zu gestalten, dass ein instationäres Verhalten nicht auftritt (Schaufeldesign, Dämpfungselemente). Zukünftige Turbinen mit effizienten Endstufen könnten somit sicher realisiert werden und damit dauerhaft zur Effizienzsteigerung und Kostensenkung zukünftiger und bestehender Kraftwerke beitragen. ' Darstellung des frei verfügbaren Wissensstandes in der Literatur über den Einfluss von Massenstromdichte und selbsterregte Schaufelschwingungen. Interpretation bereits veröffentlichter Schwingungsmessungen und der daraus abgeleiteten Modelle zum Verständnis von Anregungsmechanismen ' Auswahl geeigneter Modellversuche zur sicheren Reproduktion von nicht synchronen Schaufelschwingungen für verschiedene Betriebszustände einer Modellturbine. ' Parameterstudien und Modellentwicklung zum externen Anregungsmechanismus. ' Design und Umsetzung des externen Anregungsmoduls. ' Durchführung und Beurteilung von Ausschwingversuchen. ' Bestimmung der aerodynamischen Dämpfungskurve.
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| Bund | 65 |
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| Förderprogramm | 65 |
| License | Count |
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| offen | 65 |
| Language | Count |
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| Resource type | Count |
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