Äußerer Wärmeübergang an Führungsringsegmenten AG-Turbo Verbundprojekt „GuD-Kraftwerk, 500 MW auf einer Welle“ (Phase 2) Vorhaben 2.4.11 A; Förderkennzeichen 032 7090 L; Schlussberich

Abstract

Die Entwicklung von Gasturbinen zielt – auch unter Berücksichtigung ökonomischer und ökologischer Gesichtspunkte – auf eine kontinuierliche Steigerung von Leistung und Wirkungsgrad. Dabei werden inzwischen Brennkammertemperaturen erreicht, die die zulässigen Materialgrenzwerte weit übersteigen, so dass diese thermisch hoch belasteten Bauteile sehr stark gekühlt werden müssen; dazu gehören neben den Turbinenschaufeln auch der Naben- und Gehäusebereich der ersten Stufen. Bislang wurde insbesondere die aero-thermische Belastung der Gehäusesegmente über rotierenden Laufschaufeln nur unzureichend untersucht und beschrieben. Im vorliegenden Abschlussbericht wird zu einem besseren Verständnis der treibenden Phänomene beigetragen. An einer HD-Turbinenstufe wurden bei verschiedenen Betriebszuständen im Windkanal für rotierende Ringgitter, Göttingen, umfangreiche Messungen im Gehäusebereich über dem Rotor durchgeführt; dazu gehören sowohl zeitgemittelte als auch zeitabhängige Strömungsgrößen, wie z.B. der statische Druck an der Wand, die Wandtemperatur und daraus abgeleitet die Wärmeübergangskoeffizienten sowie Heißfilmmessungen. Außerdem wurde das gehäusenahe Strömungsfeld mit stationärer und instationärer Messtechnik untersucht. Die zur Durchführung der Messungen erforderlichen Sensoren bzw. Einbauten wurden entworfen und gefertigt sowie die notwendigen Auswerteverfahren bereitgestellt. Aus diesen Messungen konnte eine umfangreiche Datenbasis generiert werden, mit der weiterführende Untersuchungen zum Arbeitsumsatz in Spaltströmungen und zum Wärmeeintrag in Ringsegmenten erfolgten. Der Weg zu (einfachen) Korrelationen, mit denen die thermische Belastung der Gehäusebauteile beschrieben werden kann, wird skizziert.