Betriebsfestigkeit einer Diverter-Welle im Abgasstrom

Die Diverter-Klappe und ihre Welle lenken den Abgasstrom einer Gasturbine wahlweise zum Kessel oder zum Kamin. Die Bauteile sind damit permanent dem heißen Abgasstrom ausgesetzt.
 

1. Strömungssimulation zur thermischen Lastermittlung

Strömungsbild Diverter

Strömungsbild im Diverter (Boiler Closed)

Die thermische Belastung der Bauteile im Abgasstrom (600-700 °C) hängt vor allem vom Strömungsbild ab. Dieses ist vom Stand der Diverter-Klappe abhängig und lässt sich mit Hilfe einer CFD-Simulation berechnen.

CFD Wärmeübergangskoeffizient

Wärmeübergangskoeffizienten aus CFD

Die Ergebnisse der CFD sind:

  • Wärmeübergangskoeffizienten an der Diverter-Welle und am Blade
  • Druckverluste im Kanal
  • Strömungslasten auf das Blade

Mit den Ergebnissen kann eine detaillierte Auslegung der Betriebsfestigkeit und des Kriechverhaltens der Komponenten durchgeführt werden.

 

2. Berechnung der thermischen Spannungen

Mit Hilfe der CFD-Ergebnisse können thermische Berechnungen durchgeführt werden und die daraus resultierenden Temperaturspannungen mit mechanischen Lasten überlagert werden.

Mögliche Berechnungen sind:

  • stationäre Berechnung von bestimmten Betriebspunkten zur Bestimmung der statischen Festigkeit und Kriechfestigkeit (z.B. Stack Closed, Boiler Closed, Intermediate Position of the Blade)
  • transiente Berechnung von An- und Abfahrvorgängen zur Ermittlung der Betriebsfestigkeit

Temperaturverteilung für 2 ZeitpunkteTemperaturverteilung für 2 Zeitpunkte

Zugehörige SpannungsverteilungZugehörige Spannungsverteilung
 
Anhand der Ergebnisse können kritische Stellen identifiziert und die Geometrie verändert werden, so dass ein sicherer Betrieb gegeben ist. Der Nachweis erfolgt wahlweise über Spannungen oder Dehnungen unter Berücksichtigung von Plastifizierung.

Dabei können auf Wunsch auch Normen wie z.B. die ASME Sec. VIII, Div. 2, ASME Sec. III NH oder die KTA herangezogen werden.

Ihre Vorteile:
Alles aus einer Hand: Strömungssimulation, Festigkeitsberechnung und Berichtserstellung. Zudem haben wir Erfahrung im Umgang mit den Endkunden und unterstützen Sie auf Wunsch bei der Kommunikation mit diesen.

 

Weitere Beispiele für Bauteile im Abgasstrom

Divertergehäuse
Divertergehäuse

Flügelrahmen
Flügelrahmen
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