Thermo-fluiddynamisches Framework für die probabilistische Auslegung von Gasturbinen

Im Zuge der Energiewende kommt der dezentralen Strom- und Wärmeversorgung durch kleine
und mittlere Gasturbinen eine besondere Bedeutung zu. Aufgrund der gestiegenen
Anforderungen an die Wirtschaftlichkeit und den Wirkungsgrad liegt die thermomechanische
Belastung der Komponenten verstärkt im Grenzbereich. Darüber hinaus führt der steigende
Anteil der Betriebsstunden im Teillastbereich sowie unter transienten Wechsellasten zu
komplexeren Randbedingungen. Um die Anlagen sicher und effizient betreiben zu können, ist
eine Bewertung des Systemverhaltens dringend erforderlich.
Im Bereich des Sekundärluftsystems müssen die Kavitätenabsperrung gegen Heißgaseintritt,
die Kühlluftversorgung der Lauf- und Leitschaufeln der Turbine und derer Auswirkung auf die
Bauteiltemperaturen untersucht werden. Ziel des Projektes war deshalb die Entwicklung eines
Workflows zu dem automatisierten Ablauf und der Auswertung von Sensitivitätsstudien auf
Basis existierender Tools. Ein weiterer Schwerpunkt war die Entwicklung von Methoden, um
die Auswirkungen einer Vielzahl von Eingangsparametern in einer begrenzten Anzahl von
Auswerteläufen effizient zu erfassen und für weitere Anwendungen nutzbar zu machen.
Mit Hilfe der probabilistischen Methoden konnten detaillierte Informationen über die Robustheit
des SAS bereitgestellt und das Systemverständnis erweitert werden. Damit wurden
probabilistische Methoden im Entwicklungsprozess einer Gasturbine etabliert und es konnten
Konservativitäten in der Auslegung reduziert werden. Die Ergebnisse der Sensitivitätsstudien
helfen bei der Priorisierung zukünftiger Technologieentwicklungen.