Modellbasierte Analyse der Spaltanregung in Dampfturbinen

Die Arbeit untersucht Labyrinthdichtungen, die in Turbomaschinen zur Minimierung der Sekundärströmung zwischen Rotor und Stator eingesetzt werden. Am Beispiel von Dampfturbinen zur Energieerzeugung wird der Einfluss solcher Dichtungen auf die Betriebssicherheit und den Wirkungsgrad dargestellt. Der Wirkungsgrad von Turbomaschinen lässt sich erhöhen, indem man in einem gegebenen Betriebspunkt der Turbine die Strömungsverluste minimiert. Es wird daher zunächst ein Überblick über die Verlustmechanismen in Dampfturbinen gegeben und dann vertieft auf die Leckage von Labyrinthdichtungen eingegangen. Da es sich um berührungsfreie Dichtungen handelt, ist die Leckage vergleichsweise hoch und daher bedeutsam für den Wirkungsgrad. Besonders im Fokus stehen Ansätze zur Berechnung der Leckagemenge, außerdem wird untersucht, wie sich die Leckage von Labyrinthdichtungen verringern lässt. Die Verringerung der Leckage vergrößert allerdings zumeist den Einfluss der Dichtungen auf die Rotordynamik und damit auf die Betriebssicherheit. Rotorschwingungen können dazu führen, dass dieser am Stator anstreift oder bricht. Daher werden die Anregungsmechanismen zunächst allgemein beschrieben, um dann ausführlicher auf den Einfluss der Labyrinthdichtungen einzugehen. Die Leckageströmung kann abhängig von den Randbedingungen und der Dichtungsgeometrie Rotorschwingungen entweder anregen oder dämpfen. Das Verhalten ist unter anderem leistungsabhängig, im ungünstigen Fall kann die Anregung aus den Labyrinthdichtungen deshalb die maximal erreichbare Leistung von Dampfturbinen begrenzen. Im günstigen Fall ist unter Berücksichtigung der dann dämpfenden Wirkung von Labyrinthdichtungen bei ausreichender Betriebssicherheit eine größere Turbinenleistung zu erschließen.