Meridianstroemungsverfahren fuer mehrstufige Turbinen Abschlussbericht

The design and analysis of multiple stage turbines demand modern calculation methods providing a detailed view of the flow through the turbine. Two-dimensional calculations which are under development since the seventies are nowadays well established. Despite the availability of three-dimensional calculation methods they are still a main part of the design system because of their small computer time consumption. The performed method is based on a streamline curvature method extended by modules for the definition of blade geometry and correlations for exit flow angle and blade losses. To enable the calculation of highly loaded turbines the following topics have been worked out: massive injection of cooling air, radial mixing, transonic flow. Massive ejection of cooling air with distinction whether filmcooling air or trailing edge cooling is supplied are considered in the conservation equations. The mixing of mainflow and coolant is performed streamlinewise as well as a the simulation of radial mixing along the span. Emphasis on the problems encountered in dealing with supersonic flow are worked out with the implementation of the so-called target pressure technique. This technique allows to handle mutliple choked blade rows and is extended for combined turbine-diffusor calculation, i.e. it provides the definition of the target pressure in the diffusor part of the turbine. The developed method is qualified for practical use in modern design and optimization processes. Test calculations have shown the functionality of the implemented correlations and models. The required CPU-time for a five stage turbine is in the range of minutes on a modern workstation. (orig.)Die Auslegung und Nachrechnung mehrstufiger Turbinen erfordert den Einsatz moderner Rechenmethoden, um die Stroemungsverhaeltnisse detailliert aufzuloesen. Zweidimensionale Rechenverfahren, die Anfang der 70er Jahre eingefuehrt wurden, sind heutzutage fest etabliert. Trotz der Verfuegbarkeit dreidimensionaler Berechnungsmethoden, stellen sie aufgrund ihrer Aussagekraft und ihrer Rechenschnelligkeit immer noch die Hauptinstrumente des Auslegungssystems dar. Das vorliegende Meridianstroemungsprogramm greift auf ein Stromlinienkruemmungsverfahren zurueck, das mit Modulen zur Erfassung der Schaufelgeometrie, der Abstroemwinkel und der empirischen Verlustkorrelationen erweitert wurde. Um die Anforderungen an heutige Berechnungsprogramme fuer moderne hoch belastete Turbinen zu erfuellen, wurde das Programm zur Beruecksichtigung der folgenden Effekte ertuechtigt: massive Kuehllufteinblasung, radiale Mischung, transsonische Stroemung. Massive Kuehllufteinblasung mit unterschiedlichen Ansaetzen fuer Filmkuehlung und Hinterkantenausblasung sind in die Bilanzen fuer die Erhaltungsgroessen eingebracht worden. Dabei werden sowohl die Mischung der Hauptstrom-Kuehlluft als auch radiale Austauschvorgaenge modelliert. Der gestiegenen Belastung einzelner Schaufelreihen, gekennzeichnet durch das Auftreten transsonischer Stroemungsverhaeltnisse, wird ebenfalls Rechnung getragen. Die entwickelten Methoden sind so ausgefuehrt, dass transsonische Stroemungen durch den Einsatz einer sogenannten Gegendruckregelung beherrscht werden koennen. Diese Technik ist zusaetzlich so erweitert worden, dass die Zielvorgabe fuer den Gegendruck wahlweise an dem letzten Laufrad oder im Diffusor spezifiziert werden kann. Das entwickelte Verfahren wurde erfolgreich zur Nachrechnung experimenteller Daten eingesetzt. Es hat sich als wichtiges Werkzeug fuer den Auslegungs- und Optimierungsprozess erwiesen. (orig.)SIGLEAvailable from TIB Hannover: F95B2192 / FIZ - Fachinformationszzentrum Karlsruhe / TIB - Technische InformationsbibliothekBundesministerium fuer Forschung und Technologie (BMFT), Bonn (Germany)DEGerman