Strömungssimulation einer teilbeaufschlagten Dampfturbine

Gegenstand ist die CFD-Simulation der Strömung in einer durch Düsengruppenregelung teilbeaufschlagten Industriedampfturbine, deren erste Stufe zeitlich und örtlich ungleichmäßig durchströmt wird. Die Laufschaufeln sind großen zyklischen Beanspruchungen ausgesetzt und es entstehen spezifische Verluste. An den Sektorgrenzen der Regelstufe bilden sich Gebiete mit großer Strömungsgeschwindigkeit aus und verursachen stark zeitabhängige Profildruckschwankungen. Die Komponenten der aerodynamischen Laufschaufelkräfte ändern sich zyklisch und erreichen im Bereich der versperrten Sektoren ein Vielfaches ihrer in den beaufschlagten Sektoren vorliegenden Mittelwerte. Die Kräfte werden mit den instationären und dreidimensionalen Strömungsverhältnissen in der Regelstufe in Zusammenhang gebracht und die Mischung in den nachfolgenden Turbinenstufen wird beschrieben. Varianten der Simulationsmodelle zeigen die deutlichen Einflüsse der Versperrungsgeometrie auf die aerodynamischen Laufschaufelkräfte.This thesis discusses the CFD simulation of the flow in an industrial steam turbine, equipped with a control stage. Due to partial admission, the rotor blades suffer from high cyclic blade loading. Specific losses occur. The circumferential asymmetry of the flow involves high gradients of the flow variables in circumferential direction. At the boundaries, between the admitted and the non-admitted sectors, high velocities appear. The specific flow patterns produce high flow unsteadiness of the rotor resulting in cyclic blade loading. Due to the pressure fluctuations the aerodynamic forces, acting on the rotor blades, are many times higher than the average forces in the admitted sector. The thesis describes the high cyclic blade loading, together with the unsteady and three-dimensional flow patterns inside the control stage and the attenuation in the adjacent turbine stages. Modifications to the geometry within the control stage show severe influence on the dynamics