In Kooperation mit der deutschen Gasturbinenindustrie wurden im Rahmen der Verbundvorhaben der Arbeitsgemeinschaft AG Turbo zwei mehrstufige Versuchsverdichter experimentell untersucht. Währen die erste 5-stufige Variante den aktuellen Stand der Verdichterauslegung für Gasturbinen widerspiegelt, sollte mit dem zweiten 4-stufigen Aufbauein Belastungsniveaus realisiert werden, wie es voraussichtlich bei zukünftigen Generationen von Gasturbinen zum Einsatz kommen wird. Mit dem Versuchstand M2VP des Institutes steht dafür eine ideale Versuchsanlage zur Verfügung, welche nach der Erneuerung der Motorsteuerung in Zukunft auch neuen Erfordernissen gerecht werden wird.
In zukünftigen Projekten wird das Institut neben dem experimentellen Know-How auch seine Kompetenz auf dem Gebiet der numerischen Simulation und der Auslegung von Verdichterbeschaufelungen einbringen, um so neuen Forschungsaufgaben mit einer wachsenden Systemkompetenz gerecht zu werden und damit die deutsche und europäische Triebwerks- und Gasturbinenindustrie gezielt zu unterstützen. Die Zielstellungen zweier dieser Projekte werden im Nachfolgenden kurz vorgestellt:
4-Stufiger-HD-Verdichter mit Gehäusestrukturierung:
Mehrstufiger Axialverdichter Zur Gewährleistung eines stabilen und sicheren Betriebes über den gesamten Anwendungsbereich müssen in Verdichtern von Industriegasturbinen oder Flugtriebwerken Gebiete instabiler Strömung vermieden werden. Dabei sind insbesondere die heutzutage üblicherweise verwendeten hochbelasteten transsonischen Verdichterfrontstufen im Spitzenbereich kritisch. Eine kontrollierte Beeinflussung der gefährdeten Strömungsbereiche zur Erhöhung der Pumpgrenzsicherheit ist daher von grossem Interesse. Als Möglichkeit zur Beeinflussung der Pumpgrenze soll hierbei eine gezielte geometrische Modifikation des Gehäuses eingesetzt werden, die sogenannte Gehäusestrukturierung („Casing Treatment“). Durch die Auslegung einer geeigneten Gehäusestrukturierung ergibt sich eine höhere Sicherheit gegenüber dem schädlichen Verdichterpumpen, ohne den Wirkungsgrad bei Nennbetrieb zu beeinträchtigen. Eine Verbesserung bzw. die Kontrolle des Pumpgrenz-Abstandes kann in stationären Gasturbinen durch ein geändertes Auslegungs- und Betriebskonzept (Unterfrequenzbetrieb), direkt in eine erhebliche Verbesserung des Wirkungsgrades und eine Verringerung der Stufenzahl umgesetzt werden, und damit neben den betriebswirtschaftlichen Vorteilen auch einen wichtigen Beitrag zur Verringerung der CO2-Emission liefern.
Die geplanten Untersuchungen innerhalb dieses AG Turbo Projektes sind für verschiedene Industriefirmen und Forschungs-einrichtungen von Interesse, und daher bietet sich die Kooperation mit weiteren Industriepartnern auch aufgrund des kostenmäßigen Aufwandes an. In diesem Vorhaben sind die Partner von ALSTOM (AP) das Institut für Antriebstechnik des DLR, die TU München und die Firma Rolls-Royce Deutschland (RRD).
Schaufelspitzenoptimierung:
Mit wirkungsgradoptimierten Komponenten der Gasturbinen werden die Voraussetzungen geschaffen, Kraftwerke mit maximalem thermischen Wirkungsgrad und minimalem Schadstoffausstoß zu konzipieren. Diesen Anforderungen kann nur entsprochen werden, wenn sämtliche strömungsrelevanten Bauteile ene sehr hohe aerodynamische Güte aufweisen. Dabei wird die aerodynamische Leistungsfähigkeit eines Axialverdichters nicht allein von der Güte der eigentlichen Beschaufelung sondern zu einem großen Teil von der unvermeidlichen Spaltstömung bestimmt.
Im Rahmen dieses AG Turbo Vorhabens soll im Unterauftrag von Siemens PG mit Hilfe von CFD-Simulationen die Leckageströmung im Schaufelspitzenbereich hinsichtlich ihrer Auswirkung auf Effizienz und Betriebsbereich der Verdichterbeschaufelung optimiert werden. Dabei soll sich die Untersuchung auf Laufschaufeln und freistehende Leitschaufeln beschränken.
Partner innerhalb des Arbeitsbereiches "Mehrstufige Axialverdichter":