Anwendung des Örtlichen Konzepts in der Turbinenschaufelauslegung

Abstract

Die Anforderungen an große Kraftwerksturbinen (Gas‐ und Dampfturbinen) sind im Zusammenhang mit der Energiewende in den letzten Jahren signifikant gestiegen. Durch die wachsende Einspeisung von Strom aus erneuerbaren Energien wie Wind und Sonne gewinnt die Erhöhung der Flexibilität im Kraftwerksbetrieb immer mehr an Bedeutung. Dafür müssen zuverlässige und robuste Turbinen entwickelt werden. Turbinenschaufeln sind eine der Schlüsselkomponenten einer Turbine und ein entscheidender Erfolgsfaktor, um die aktuellen und zukünftigen Markt‐ und Kundenanforderungen zu erfüllen und die damit verbundenen Herausforderungen zu meistern. Die Auslegung von Turbinenschaufeln ist komplex. Turbinenschaufeln sind im Betrieb häufig extremen, hohen sowie komplexen mechanischen und thermischen Belastungen ausgesetzt. Diese mechanischen und thermischen Betriebsbelastungen führen zu hohen Bauteilbeanspruchungen und häufig zu einem Ermüdungs‐ und/oder Kriechlebensdauerverbrauch. Hersteller großer Kraftwerksturbinen können ihre Turbinen und deren Komponenten in den allermeisten Fällen nicht im Vorfeld auf Prüfständen testen. Außerdem können Fehler in der Auslegung der Komponenten zu deren Versagen im Betrieb und damit zumindest zu erheblichen wirtschaftlichen Schäden führen. Aus diesen Gründen und vor dem Hintergrund der zunehmend flexibleren Fahrweise von Kraftwerken und der damit verbundenen höheren Anzahl an Lastwechseln sind für die Entwicklung und Auslegung von Turbinenschaufeln sowie deren Lebensdauervorhersage geeignete, zuverlässige und abgesicherte Berechnungs‐ und Bewertungskonzepte sowie Regeln unerlässlich, um den sicheren Betrieb der Turbinenschaufeln zu ermöglichen. Dies gilt insbesondere für die genaue Beschreibung des Ermüdungsverhaltens unter Betriebsbelastung. Der vorliegende Artikel beschäftigt sich mit den hier verwendeten Konzepten zur Lebensdauervorhersage und zum Betriebsfestigkeitsnachweis von Gas‐ und Dampfturbinenschaufeln.