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Arbeitsgruppe Axialturbine

Beschreibung

Die Arbeitsgruppe Axialturbine beschäftigt sich zum einen mit aerodynamischen Fragestellungen im Bereich mehrstufiger Axialturbinen, wie sie beispielsweise in Flugzeugtriebwerken oder auch in Gas- und Dampf-Kombikraftwerken eingesetzt werden, und zum anderen mit der Aeroelastik von Windenergieanlagen. Im Sonderforschungsbereich 871 arbeitet die Gruppe zudem an innovativen Methoden der Zustandsdiagnostik von Flugtriebwerken. Der Arbeitsgruppe stehen dabei umfangreiche experimentelle Versuchseinrichtungen  (Luftturbinenprüfstand, Diffusorprüfstand, Rotorblattverformungsprüfstand, etc.) sowie verschiedenste Softwarepakete  für die Strömungssimulationen zur Verfügung.

Die volatile Einspeisung von Wind- und Solarstrom erfordert eine erhöhte Flexibilität (schnelle An- und Abfahrvorgänge) und einen zunehmenden Teillastbetrieb von Gas- und Dampf-Kombikraftwerken. Dabei gilt es die Effizienz dieser Anlagen über ein breites Betriebsspektrum weiter zu steigern. In der Arbeitsgruppe werden numerische und experimentelle Untersuchungen an mehrstufigen Axialturbinen durchgeführt. Ziel der Untersuchungen ist es, stationäre und instationäre Strömungseffekte in den Turbinen sowie im Abgasdiffusor der Anlagen besser zu verstehen und diese Erkenntnisse zur Verbesserung des Gesamtwirkungsgrads einzusetzen. Hierzu werden insbesondere auch die Wechselwirkungen der beiden Anlagenkomponenten erforscht. Neben der Untersuchung lokaler Effekte im Strömungspfad wird darüber hinaus die Wirksamkeit von Maßnahmen zur lokalen Verlustreduzierungen bei vielstufigen Maschinen am Beispiel von Hochdruck-Dampfturbinenbeschaufelungen untersucht.

Für die Auslegung immer längerer und schlankerer Rotorblätter von Windenergieanlagen, gewinnen aeroelastische Fragestellungen zunehmend an Bedeutung. Um zukünftig die Zuverlässigkeit und Sicherheit von Windenergieanlagen weiter zu verbessern, liegt der Schwerpunkt der Arbeitsgruppe auf der aeroelastischen Modellierung und Simulation. Dabei werden sowohl vereinfachte Modelle für die Gesamtanlagensimulation entwickelt als auch probabilistische Verfahren eingesetzt, um den Einfluss von Unsicherheiten in der Auslegung zu untersuchen. Zur Validierung der aeroelastischen Simulationen wird zudem ein optisches Messsystem entwickelt, das die Rotorblattverformungen während des Betriebs im Freifeld aufnimmt. Darüber hinaus werden für aerodynamische Untersuchungen zwei- und dreidimensionale numerische Strömungssimulationen durchgeführt.

Auswahl abgeschlossener Projekte

  • Weiterentwicklung der Hintergrundschlierenmethode für die Anwendung in Turbomaschinen (Herbst)
  • Aerodynamic and Aeroelastic Rotor-Tower Interaction in Horizontal Axis Wind Turbines (Gomez)
  • Einfluss des Abströmbereichs auf die Ventilation und Auswirkung der Ventilation auf Schaufelabdichtungen (Binner)
  • Sekundarströmungen in Turbinendiffusoren (Kuschel)
  • Innovative 3D-Schaufelgeometrien (Kwitschinski)
  • Unsteady Work Optimized Turbine (Biester/Henke)
  • Einfluss der Spinnergeometrie auf die instationäre Strömung im Blattwurzelbereich von modernen Windenergieanlagen (Lin)
  • Smart Blades: Strömungssimulation von Blättern mit flexiblen Hinterkanten (Wolff)

Laufende Projekte

  • Optische Feldmessungen von Rotorblattverformungen (Lehnhoff)
  • Probabilistische Sicherheitsbewertung von Offshore-Windenergieanlagen (Ernst)
  • SFB 871 TP A3 - Zustandsbeurteilung eines Triebwerks durch Analyse des Abgasstrahls (Hartmann)
  • Optimaler Deckbandrückschnitt bei Turbinenlaufschaufeln (Kluge/Wein)
  • Innovativer Dampfturbinen-Schaufelpfad für hohe Leistungsdichten (Bittner)
  • SmartBlades2: Bau, Test und Weiterentwicklung intelligenter Rotorblätter (Jätz/Wolff)
  • DF Wind: Deutsche Forschungsplattform Windenergie (Lehnhoff)

Gruppenleitung

Gruppenleiter

Dipl.-Ing. Tim Kluge 

Stellv. Gruppenleiter

Dipl.-Ing. Ulrich Hartmann