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Sebastian Lange
Strukturmechanische Beanspruchung des Statorwickelkopfes von Turbogeneratoren in konventionellen Kraftwerken durch eine zunehmend flexible Fahrweise
Die Fahrweise von Turbosätzen in konventionellen Kraftwerken unterliegt einem Wandel. Durch die Volatilität von erneuerbaren Energiequellen müssen Kraftwerkseinheiten aus konventioneller Energieerzeugung häufiger Lastwechsel vollziehen und unterliegen einer steigenden Anzahl von Start-Stopp-Zyklen. In Summe führt dies zu einer erhöhten Auftretenswahrscheinlichkeit von elektromagnetischen Ausgleichsvorgängen und thermischen Zyklen. Insbesondere indirekt gekühlte Turbogeneratoren unterliegen einer Beanspruchung infolge moderner Lastzyklen.
Daher müssen die auftretenden Schwingungen und die resultierenden Dehnungen abgeschätzt werden, um beschleunigte Alterungserscheinungen vermeiden und Optimierungen vornehmen zu können. Dazu ist ein 3D-Finite Elemente Modell notwendig. Das in dieser Arbeit verwendete Modell zeichnet sich durch den Detaillierungsgrad von Kernkomponenten aus. Die Statorstäbe werden detailgetreu als Verbund aus elektrischem Isoliersystem und einem Material für den ausgehärteten Kupferstab abgebildet. Zusätzlich werden konstruktive Maßnahmen in höherem Detailgrad abgebildet. Zur Nachbildung moderner Lastzyklen werden temperaturabhängige mechanische Eigenschaften eingebunden.
Um die Dehnungsbeanspruchung zu mindern, werden konstruktive Maßnahmen sowie auch Materialoptimierungen in Betracht gezogen. Als sinnvolle Lösung zeigt sich eine Materialoptimierung von Kompositen. Eine Machbarkeitsstudie offenbart mehrere Werkstofflösungen, die zielführende Materialeigenschaften realisieren könnten.
Daher müssen die auftretenden Schwingungen und die resultierenden Dehnungen abgeschätzt werden, um beschleunigte Alterungserscheinungen vermeiden und Optimierungen vornehmen zu können. Dazu ist ein 3D-Finite Elemente Modell notwendig. Das in dieser Arbeit verwendete Modell zeichnet sich durch den Detaillierungsgrad von Kernkomponenten aus. Die Statorstäbe werden detailgetreu als Verbund aus elektrischem Isoliersystem und einem Material für den ausgehärteten Kupferstab abgebildet. Zusätzlich werden konstruktive Maßnahmen in höherem Detailgrad abgebildet. Zur Nachbildung moderner Lastzyklen werden temperaturabhängige mechanische Eigenschaften eingebunden.
Um die Dehnungsbeanspruchung zu mindern, werden konstruktive Maßnahmen sowie auch Materialoptimierungen in Betracht gezogen. Als sinnvolle Lösung zeigt sich eine Materialoptimierung von Kompositen. Eine Machbarkeitsstudie offenbart mehrere Werkstofflösungen, die zielführende Materialeigenschaften realisieren könnten.
Schlagwörter: Energiewende; Schwingungen; Strukturmechanik; Turbogenerator
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DOI 10.2370/9783844091533
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