Numerische Untersuchung von Schwachlastströmungen in mehrstufigen Axialturbinen

In dieser Arbeit wurden Schwachlastzustände in mehrstufigen Turbinen untersucht, wobei das Augenmerk auf Hochdruckturbinen lag. Als erste Annäherung an das Problem wurde die bestehende 4-stufige Luftturbine hinsichtlich ihres Schwachlastverhaltens untersucht. Dazu wurden zum einen numerische Berechnungen im Schwachlastbereich mit den gemessenen
Randbedingungen durchgeführt und zum anderen Kennfeld- und Strömungsfeldmessungen an der 4-stufigen Luftturbine vorgenommen.
Anschließend wurden die Ergebnisse ausgewertet und miteinander verglichen. Hierbei ergaben sich nur geringe Abweichungen von Messwerten und berechneten Werten. Anhand der vorliegenden numerischen Ergebnisse konnte zuerst einmal gezeigt werden, dass unter bestimmten Voraussetzungen und mit sorgfältiger Initialisierung 3D-Strömungsberechnungsprogramme in der Lage sind, auch weit entfernt vom Auslegungspunkt die Durchströmung von mehrstufigen Turbinen realistisch zu berechnen. Dabei dienten
insbesondere Daten, die an der vierstufigen Luftturbine in verschiedenen Messebenen aufgenommen wurden, als experimentelle Validierungsgrundlage.
Diese Ergebnisse und die gesammelten Erfahrungen dienten als Ausgangsbasis für die Vorabberechnungen der 7-stufigen Turbine. Hierbei ergab sich ein charakteristisches Bild für den Schwachlastbereich, welches sich auch schon für die 4-stufige Turbine gezeigt hat. Es ist zu beobachten, dass die Leistungszahlen im Nabenbereich, wie für Turbinen typisch, positiv sind und im Gehäusebereich negativ und daher hier wie ein Verdichter arbeiten. Mit diesen Berechnungen können vorab Risiken beim Betrieb der 7-stufgen Turbine besser eingeschätzt
und gezielte Untersuchungen und Strömungsfeldmessungen unternommen werden. Dies kann zu einer erheblichen Einsparung an Versuchszeit bei weiteren Versuchen zur Ventilation und zu einer höheren Betriebssicherheit realer Dampfturbinen beitragen.