Digitalisierung und interdisziplinäre Auslegungstechnologien von Turbomaschinen für die Energiewende, Teilvorhaben: 3.2

Description: Gasturbinen für den flexiblen Einsatz zur Stromerzeugung aus synthetischen Brennstoffen werden kleine, robuste Einheiten mit kompakten Radialverdichtern sein. Ein Ziel des Teilvorhabens ist die Verifizierung des Designs einer Radialverdichterstufe mit erweitertem Arbeitsbereich mit transsonischen Zuströmbedingungen. Die hohen Machzahlen im Gehäusebereich des Laufradschaufeleintritts sind die Folge von hochbelasteten Stufen, die bei hohen Drehzahlen einen großen Arbeitseintrag liefern sollen. Ein Gleichdrall in der Zuströmung zum Rotor reduziert die relative Machzahl und damit auch die Stoßverluste im Rotor, senkt aber gleichzeitig den Arbeitseintrag ab, wenn nicht die Umlenkung der Strömung im Rotor oder der Austrittsradius angepasst wird. Passend zu einer bestehenden Stufe ohne Vordrall soll eine Stufe mit Vordrall und gleichem Arbeitseintrag untersucht werden, um durch die reduzierten relativen Machzahlen einen hohen Wirkungsgrad und einen breiten Arbeitsbereich zu erzielen. Hochtemperatur-Thermalfarbverfahren zur Ermittlung der tatsächlichen Bauteiltemperaturen in hochbelasteten Turbinenkomponenten sind ein wichtiges Validierungselement der numerischen Auslegungswerkzeuge. Derzeit werden die Temperaturumschlaglinien aufwändig händisch gelesen und ausgewertet. Zusammen mit der TU Dresden (AP1.3) soll das Postprocessing der Thermalfarben-Analysen mittels farbiger digitaler Zwillinge verbessert werden. Der automatisierte Prozess wird zu einer signifikanten Zeitersparnis führen. Weiterhin ermöglicht die durchgängige Digitalisierung des Prozesses die Erstellung einer digitalen 'Bibliothek' von Thermalfarbkomponenten und bildet das Fundament für die Anwendung von Methoden der Künstlichen Intelligenz zur Verbesserung der Auswertung von Temperaturumschlagslinien.

SupportProgram

Origins: /Bund/UBA/UFORDAT

Tags: Dresden ? Energiewende ? Brennstoffverbrauch ? Digitalisierung ? Stromerzeugung ? Gasturbine ? Künstliche Intelligenz ? Wirkungsgrad ? Digitaler Zwilling ? Rotor ?

Region: Brandenburg

Bounding boxes: 13.01582° .. 13.01582° x 52.45905° .. 52.45905°

License: cc-by-nc-nd/4.0

Language: Deutsch

Organisations

• Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (Geldgeber*in)
• Rolls-Royce Deutschland Ltd & Co KG (Betreiber*in)
• Umweltbundesamt (Bereitsteller*in)

Time ranges: 2023-01-01 - 2025-12-31

Alternatives

• Language: Englisch/English
  Title: Subproject: 3.2
  Description: Gas turbines for flexible use in power generation from synthetic fuels will be small, robust units with compact centrifugal compressors. One objective of the subproject is to verify the design of an extended-range centrifugal compressor stage with transonic inflow conditions. The high Mach numbers in the casing region of the impeller vane inlet are the result of highly loaded stages, which should provide a large work input at high speeds. A uniform twist in the inflow to the rotor reduces the relative Mach number and thus the shock losses in the rotor, but at the same time lowers the work input unless the redirection of the flow in the rotor or the outlet radius is adjusted. Matching an existing stage without pre-twist, a stage with pre-twist and the same work input will be investigated to achieve high efficiency and a wide working range due to the reduced relative Mach numbers. High temperature thermal color methods to determine actual component temperatures in highly loaded turbine components are an important validation element of numerical design tools. Currently, the temperature envelope curves are laboriously read and evaluated by hand. Together with the TU Dresden (WP1.3), the post-processing of the thermal color analyses will be improved by means of colored digital twins. The automated process will lead to significant time savings. Furthermore, the continuous digitization of the process will enable the creation of a digital 'library' of thermal color components and will form the foundation for the application of artificial intelligence methods to improve the evaluation of temperature envelope lines. https://ufordat.uba.de/UFORDAT/pages/PublicRedirect.aspx?TYP=PR&DSNR=1122138

Status

Aktiv

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