GuD-Kraftwerk, 500 MW auf einer Welle - Phase 0. Teilprojekt: Wechselwirkung zwischen der Deckband-Spaltstroemung und der Hauptstroemung im Turbinen-Stufenverband Abschlussbericht AG Turbo, Vorhaben 2.1.1.B

Abstract

Im heutigen aerodynamischen Entwurf industrieller Hochdruck-Turbinen werden zu einem grossen Teil eindimensionale Auslegungsverfahren angewendet. Diese 1D-Verfahren ermoeglichen schnelle Abschaetzungen sowie kurze Designzyklen und haben sich fuer die aerodynamische Optimierung mehrstufiger Turbinen bewaehrt. Vernachlaessigt werden bei diesen vereinfachten Verfahren jedoch die Effekte von Deckband- und Spaltstroemungen sowohl auf die Hauptstroemung als auch auf die aerodynamischen Verluste. Aus der Diskrepanz zwischen den eingesetzten Entwurfsverfahren und den zu modellierenden Effekten der Deckbandabstroemung ergibt sich ein Bedarf an raeumlich und zeitlich hochaufgeloesten experimentellen Daten, um sowohl das Verstaendnis der auftretenden Sekundaerstroemungen zu vertiefen als auch die existierenden aerodynamischen Entwurfsverfahren zu verbessern. Mit dem an der ETH Zuerich umgebauten Versuchstand ''LISA'' steht nun eine Versuchseinrichtung fuer hochgenaue stationaere und instationaere Messungen zur Verfuegung. Als ein Ergebnis des Vorhabens entstand eine umfangreiche Datenbasis zur detaillierten Auswertung und Verbesserung industrieller Entwurfsprozesse fuer mehrstufige Hochdruckturbinen. Ziel eines verbesserten aerodynamischen Entwurfs des Schaufel-Deckbandsystems sollte also die Gestaltung des Schaufeltip-Bereiches unter Beruecksichtigung und Ausnutzung der Leckagestroemung sein. Aufgabe der weiteren detaillierten Auswertung wird es sein, die RRD-Auslegungsverfahren schrittweise mit den experimentellen Daten zu validieren und die Erkenntnisse in den industriellen Entwurfsprozess zu integrieren. Diese Vorgehensweise ist fuer das erste Halbjahr 2003 geplant. (orig.)The current aerodynamic design of commercial high-pressure turbines relies mainly on one-dimensional design-tools. These allow for fast performance estimates and design cycles and have been proven to be reliable for the aerodynamic optimisation of multi-stage turbines. However, they do neither account for the effects of shroud and leakage flows on the main gas-path flow, nor for their impact on the aerodynamic losses. The discrepancy between the design-tools used and the effects to be modelled motivates experimental investigations that are highly resolved in space and time. Hence, the aim of the entire project is to enhance the understanding of the secondary shroud and leakage flow mechanisms at work, as well as to improve the industrial design tools. With the modified testrig ''LISA'' at ETH Zurich, a highly accurate experimental facility for detailed steady and unsteady aerodynamic measurements was established during the project. One of the main results of the project is the experimental database for detailed validation and improvement of industrial design processes. The current status of the results is summarised as follows: Efficient meshing strategies for complex shroud-labyrinth geometries were developed. First detailed comparisons of experimental and CFD-data were made. The differences noted between steady and unsteady CFD-results indicate the necessity of unsteady computations in a final aerodynamic design step. Hence, the aim of an improved aerodynamic design of the integrated blade-shroud system should be the definition of the blade-tip region by taking into account and utilising the leakage flow. It will be the main task of further detailed postprocessing of the results to gradually validate the RRD-design tools with the experimental data and to incorporate the findings into the industrial design process. This approach is scheduled for the first half of 2003. (orig.)Available from TIB Hannover: F03B594 / FIZ - Fachinformationszzentrum Karlsruhe / TIB - Technische InformationsbibliothekSIGLEBundesministerium fuer Bildung und Forschung, Berlin (Germany)DEGerman