Numerische Analyse des Einflusses von geöffneten und geschlossenen Deckband-Kavitäten auf die Strömung in Hochdruckdampfturbinen

Die Weiterentwicklung neuer Dampf- und Gasturbinen erfordert durch geeignete Maßnahmen den Wirkungsgrad zu steigern, um uner ökonomischen wie ökologischen Gesichtspunkten den Brennstoff optimal zu nutzen. Dabei setzt sich die Steigerung des Wirkungsgrades der gesamten Anlage aus einer Vielzahl von einzelnen Maßnahmen an den einzelnen Komponenten zusammen.

Bei der Dampfturbine liegt das Hauptaugenmerk heutiger wirkungsgradsteigernder Maßnahmen zum Einen bei der gezielten Beeinflussung der Wirbelsysteme im Strömungskanal durch eine dreidimensionale Gestaltung des Schaufelprofils. Zum Anderen stehen die radialen Dichtungen der überwiegend mit Deckbändern versehenen Beschaufelungen im Fokus aktueller Untersuchungen. Ziel dabei ist es, die Strömung über die fertigungstechnisch- und betriebsbedingten axialen und radialen Spalte der Deckbandkavitäten zu verringern, sowie die Wirbelsysteme zu minimieren, welche bei der Interaktion der Strömung über die Deckbandkavität mit der Hauptströmung entstehen.

Von der Interaktion der Strömung über die Deckbandkavitäten mit der Hauptströmung sind insbesondere ie Randbereiche an Nabe und Gehäuse einer Beschaufelung betroffen. In modernen Beschaufelungen beeinflusst man zudem die Sekundärströmungen an den Randbereichen durch eine geeignete dreidimensionale Gestaltung der Beschaufelung. Die einzelnen beschriebenen wirkungsgradsteigernden Maßnahmen haben somit einen wechselseitigen Einfluss auf einander.

Daher ist es das Ziel dieser Arbeit, die Strömungsphänomene in den Deckbdankavitäten und bei der Interaktion der Strömung über das Deckband mit der Hauptströmung detailliert zu analysieren. Nur durch ein möglichst exaktes Verständnis der komplexen Strömungsphänomene lassen sich Möglichkeiten für weitere wirkungsgradsteigernde Maßnahmen aufzeigen. Ein besonderer Aspekt ist dabei der wechselseitige Einfluss dreidimensional gestalteter Schaufelprofile auf die Strömung in den randnahen Bereichen an Nabe und Gehäuse.