Die Gasturbinenkraftwerke zeichnen sich durch einen hohen Wirkungsgrad und Flexibilität aus. Sie können innerhalb kürzester Zeit auf die Schwankungen der Stromerzeugung aus regenerativen Quellen reagieren. Dadurch werden die stationären Gasturbinen hohen mechanischen und thermischen Belastungen ausgesetzt. Seit über 15 Jahren führen wir FEM-Berechnungen und Nachweise für Gehäusekomponenten von Gasturbinen.
Um einen hohen Wirkungsgrad der gesamten Gasturbine zu erreichen, werden auch an die Gehäusekomponenten sehr hohe Anforderungen bezüglich Festigkeit, Formstabilität und Lebensdauer gestellt.
Die maßgeblichen Belastungen ergeben sich üblicherweise durch die kurzen Startzeiten und einen schnellen Lastwechsel im Betrieb. Durch die relativ großen Abmessungen und Bauteildicken der Gehäusekomponenten stellen sich hierbei hohe Temperaturgradienten ein, die zu hohen Spannungsschwingbreiten führen. Bedingt durch die hohen Temperaturen und lange Betriebszeiten werden die Gehäusekomponenten nicht selten im Kriechbereich betrieben.
Als Eingangsgrößen für die Berechnung dienen üblicherweise die synthetischen oder gemessenen Fahrkurven. Die Berechnungsmodelle berücksichtigen die Interaktion zwischen den verschiedenen Komponenten inklusive der Kontaktsituation und Schraubverbindungen. Das nichtlineare Materialverhalten inklusive der Zeitabhängigkeit (Kriechen) wird ebenfalls berücksichtigt.
Die Bewertung erfolgt nach den maßgeblichen internationalen Normen, unter anderem DIN EN 13445-3, AD 2000-Regelwerk und ASME BPVC. Oft kommen auch die bruchmechanischen Methoden zum Einsatz. Hierbei werden das Grundmatetrial sowie die Schweiß- und Schraubverbindungen bezüglich verschiedener Aspekte bewertet:
- Bewertung der statischen Festigkeit (infolge der Primär- und Sekundärbelastungen)
- Bewertung der Kriechfestigkeit
- Bewertung der Ermüdungsfestigkeit im Bereich der niedrigen und hohen Lastwechselfrequenzen (HCF und LCF)
- Bewertung der Verformung (Dichtigkeit, Ovalisierung, Kriechverformung), auch im Zusammenspiel mit anderen Komponenten, insbesondere mit rotierenden Komponenten
Ihr Vorteil durch Berechnung
Mithilfe der Finiten Elemente Methode können die zeitlichen und örtlichen Verläufe der Temperaturen, Verformungen und Spannungen sehr genau bestimmt werden. Dadurch können die kritischen Bereiche lokalisiert oder in die Neuentwicklung gezielt eingegriffen und effizient optimiert werden. Aber auch bestehende Komponenten können bezüglich der erhöhten Belastung neu bewertet werden.
Dokumentation der Berechnungsergebnisse
Die Dokumentation der Berechnungsergebnisse erfolgt je nach Kundenwunsch als prüffähiger Berechnungsbericht in deutscher und englischer Sprache oder auch in Form einer Kurzdokumentation. In Absprache mit Ihnen stellen wir die für Sie wichtigen Ergebnisse anschaulich und verständlich dar.
Regelwerke
- DIN EN 13445-3: Unbefeuerte Druckbehälter – Teil 3: Konstruktion
- AD 2000-Regelwerk
- ASME BPVC Section VIII – Rules for Construction of Pressure Vessels