Turbinenvorauslegungsprozesse der Zukunft
Durch die vielfachen Abhängigkeiten zwischen einzelnen Komponenten und Disziplinen ist die Vorauslegung von Turbomaschinen ein komplexer Prozess. Durch Verwendung mehrdimensionaler Berechnungsverfahren, Automatisierungen von Berechnungen und Vernetzung von Berechnungsabläufen werden Tools programmiert, die in der Lage sind, einen Vorentwurf mit dem gewünschten Detaillierungsgrad zu erreichen. Ein weiterer entscheidender Faktor bei einer solchen Vorauslegung ist die effiziente Anwendung des Tools durch den Ingenieur. Durch einen effizienten Vorauslegungs-Prozess mit jedoch präzisen Vorhersagen kann die komplette Auslegung zeit- und kostengünstiger gestaltet werden.
Im Rahmen dieses Projektes wird ein mechanischer Vorauslegungsprozess für axiale Hochdruck- und Niederdruckturbinen entwickelt, der auch den zukünftigen Herausforderungen an die Turbinen von Gasturbinen berücksichtigt.
Dazu werden Methoden eines bereits existierenden Vorauslegungstools überarbeitet und ergänzt. Die Methoden modellieren die mechanischen Aspekte der Hauptkomponenten einer Turbine. Schaufeln, Leitschaufeln, Schaufelfüße, Scheiben, Gehäuse, Luftdichtungen, Lager und Wellen sollen dimensioniert und deren Gewicht abgeschätzt werden. Dazu werden signifikante physikalische Effekte wie mechanische und fertigungstechnische Grenzen, Lebensdauer, Korrosion, Kriechen, Temperaturlasten während des Betriebs, Zentrifugalkräfte, Bersten der Scheibe und Eindämmung durch das Gehäuse betrachtet. Aber auch abgeleitete Korrelationen aus Daten bestehender Triebwerke werden genutzt um eine schnelle, jedoch präzise erste Abschätzung der Dimensionen oder des Gewichts zu erhalten. Ein besonderer Fokus soll hierbei auf dem Sekundärluftsystem und dessen Wärmeaustausch mit den anderen Komponenten und deren sich ändernde Temperaturen liegen.Jedoch nicht nur die Vorauslegung an sich, sondern auch der Prozess sind Schwerpunkte dieser Arbeit. Die Auslegung soll hinsichtlich ingenieurs-ergonomischer Aspekten optimiert werden. Für eine möglichst effiziente Anwendung ist eine passende Kombination aus Automatisierung, Unterstützung für den Benutzer und Aktivität des Benutzers zu wählen. Es wird ein Konzept für Hilfestellungen, Fehlermeldungen, Interfaces und weiteren Schnittstellen zwischen Programm und Ingenieur ausgearbeitet.
[1] Bräunling, W. J. (2015). Flugzeugtriebwerke: Grundlagen, Aero-Thermodynamik, ideale und reale Kreisprozesse, Thermische Turbomaschinen, Komponenten, Emissionen und Systeme. Springer-Verlag.
Projektziele:
- Bewertung und Überarbeitung der aktuellen mechanischen Vorauslegungs-Methoden
- Entwicklung neuer Vorauslegungsmethoden, unter anderem für das Luftsystem, Wellen und Lager der Turbine
- Optimierung des Auslegungsprozesses hinsichtlich ingenieurs-ergonomischer Aspekte
Projekt Partner:
