Instationäre Strömung und Fluid-Struktur-Interaktion in Regelventilen von Dampfturbinen

Die Regelung von Dampfturbinen erfolgt meist über ein vor der Turbine angeordnetes Regelventil. Das Regelventil trennt dabei die Turbine vom Frischdampf und stellt über einen Druckverlust den Turbineneintrittsdruck und somit die umsetzbare Leistung ein.

Durch eine Verschiebung der Betriebsanforderungen zu größeren Teillastzeiten rücken die damit verbundenen Problemstellungen verstärkt in den Vordergrund. Die dabei großen Druckgradienten über dem Regelventil führen zu stark instationären und hochkomplexen Strömungsphänomenen. In Abhängigkeit vom Betriebspunkt und der Ventilgeometrie kann es dadurch zu einer Fluid-Struktur-Interaktion sowie mechanischen und akustischen Resonanzen kommen. Im Extremfall können diese schließlich zum Materialversagen und zum Ausfall des Bauteils führen.

An einem Modellprüfstand sollen experimentell neben der instationären Strömung insbesondere die Fluid-Struktur-Interaktion durch eine elastische Ventilkonfiguration untersucht werden. Ziel ist dabei, die zugrundeliegenden Effekte besser verstehen und langfristig einen sicheren Betrieb der Ventile gewährleisten zu können. Begleitend zu den experimentellen Messungen sind numerische Simulationen vorgesehen, um das lokale Verständnis zu verbessern und über die geschaffenen Validierungsfälle die Eignung von Turbulenzmodellen und Kopplungsmethoden bewerten zu können.