Dampfturbinen - Aerodynamische Auslegung und Analyse

Für die aerodynamische Auslegung und Analyse von Dampfturbinen sowie angrenzenden Komponenten setzt die B&B-AGEMA fortschrittliche CFD-Modellierungstechniken und eigenentwickelte Auslegungsprogramme ein. Vollautomatisierte Berechnungsketten erlauben hierbei die schnelle Untersuchung einer großen Anzahl an Designvarianten, wodurch die Suche nach dem bestmöglichen Design im Hinblick auf Leistung und Wirkungsgrad erleichtert und wirtschaftlich vertretbar wird.

Moderne, eigenentwickelte Programme für das 1D-Mittelschnittverfahren (ATF-1D) und das 2D-Stromlinien­krümmungs­verfahren (ATF-2D) sowie deren Möglichkeit zur Kopplung mit kommerziellen Optimierungswerkzeugen führen zu einer erheblichen Senkung des Entwicklungs- und Kostenaufwands während des inhärent iterativen Auslegungsprozesses von Dampfturbinen-Strömungspfaden.

Nachdem im 1D- und 2D-Design die Grundlage für eine effiziente Dampfturbine gelegt wird, können im nachfolgenden Schritt moderne Profilschnitte unter Nutzung eines eigenentwickelten Profilgenerators (Profigen) erzeugt werden. Hierbei kann der Profilgenerator mit kommerziellen CFD- und Optimierungsprogrammen gekoppelt werden, wodurch hocheffiziente Profilschnitte mit minimierten Profil- und Hinterkantenverlusten gefunden werden. Die so abgeleiteten Profilschnitte werden anschließend entweder radial oder unter Berücksichtigung von 3D-Designelementen (z.B. twist, bow, lean) zu einer Turbinenschaufel aufgefädelt, die eine hohe aerodynamische Güte aufweist.

Beispiel: Kopplung von fortschrittlichen, eigenentwickelten Programmen mit kommerziellen CFD- und Optimierungswerkzeugen, um hocheffiziente Profilschnitte zu erzeugen

Zur weiteren Feinjustierung und Erhöhung der aerodynamischen Güte bietet die B&B-AGEMA zudem die Möglichkeit einer automatisierten 3D-Optimierung von Dampfturbinenstufen, indem diverse Entwicklungswerkzeuge miteinander gekoppelt werden. In solch einem Prozess wird die auf Profilschnitten basierende 3D-Geometrie automatisch in einem CAD-Programm erzeugt. Das automatisch extrahierte Strömungsvolumen wird anschließend automatisch an einen CFD-Löser zur aerodynamischen Analyse übergeben. Basierend auf dem resultierenden Ergebnis steuert das Optimierungsprogramm die Geometrieanpassungen, um eine möglichst hohe aerodynamische Güte zu erreichen. Der Hauptvorteil dieser Methodik liegt in der Berücksichtigung von 3D-Strömungsphänomenen während des Optimierungslaufes. Weiterhin erlaubt dieser Prozess die Ankopplung einer strukturmechanischen Analyse, um das aerodynamische Design hinsichtlich seiner mechanischen Integrität zu untersuchen.

Beispiel: 3D-Optimierung von Dampfturbinenstufen

Die 3D-Optimierung ist auch zur strömungsmechanischen Auslegung von Dampfeintrittsgehäusen, Diffusoren, Ventilen und anderen Komponenten eines Dampfkraftwerks geeignet. Neben der Auslegung von Dampfturbinen bietet die B&B-AGEMA auch stationäre und transiente Strömungsanalysen sowie entsprechende Beratung zur Ausschöpfung von Verbesserungs­potentialen. Bei allen Themen mit Bezug zur Dampfturbine und Kraftwerksauslegung kann die B&B-AGEMA auf den großen Erfahrungsschatz von Experten zugreifen, den diese bei ihren jeweiligen Unternehmen in Führungsrollen mit voller Verantwortung aufgebaut haben.