Peschke, F. (2002). Untersuchung des Einflusses von variierenden Betriebsbedingungen auf die Lebensdauer einer Gasturbinen-Laufschaufel [Dissertation, Technische Universität Wien]. reposiTUm. http://hdl.handle.net/20.500.12708/184723
Der Einfluss von Lastaenderungen auf die Lebensdauer einer Gasturbinen-Laufschaufel der ersten Stufe einer stationaeren Gasturbine wird unter Anwendung von Finite-Elemente-Analysen untersucht. Fuer die Ermittlung der Heissgas- und Kuehlluftparameter am Turbineneintritt unter Beruecksichtigung von Luftausblasung und Verstellung der Vorleitreihe am Verdichter werden typische Verlaeufe fuer die Gasturbinen-Betriebsparameter herangezogen. Die Waermeuebergangskoeffizienten werden unter Anwendung eines Potenzansatzes bestimmt, fuer welchen Stoffgroessen und/oder Zustandsgroessen der Gasstroemung verwendet werden. Zur Beschreibung des Anfahrens, des Abstellens und von Lastaenderungen werden die Betriebsparameter fuer stationaere Lastpunkte zu quasi-stationaeren Lastaenderungsvorgaengen zusammengesetzt. Der Berechnung wird linear-elastisches Materialverhalten mit temperaturabhaengigen Stoffgroessen zugrundegelegt. Zur Umformung der berechneten elastischen v.Mises-Spannung in totale Werte wird die Gleichung von Ramberg-Osgood in Kombination mit der Neuber-Hyperbel angewendet. Zur Auswertung der Anrisslastspielzahl werden Materialdaten aus isothermen Versuchen mit Haltezeiteinfluss verwendet. Unter Anwendung von Ansaetzen zur Lebensdauerbeurteilung aus der Literatur wird fuer zwei Punkte die Lebensdauer fuer stationaere Lastpunkte bestimmt und mit den numerisch ermittelten Werten verglichen. Der Einfluss von Teilzyklen und der Regelungsart auf die Lebensdauer wird untersucht. Fuer die Bestimmung der totalen Lebensdauer fuer kombinierte Lastfaelle wird die lineare Akkumulation nach Miner angewendet.
de
With the help of finite-element analysis the influence of load changes on the lifetime of a first stage blade of a stationary gas turbine is investigated. For this, typical time-courses of gas turbine control parameters are used for the estimation of the hot gas and cooling air properties at turbine inlet with respect to air blow-off and adjustment of variable compressor inlet guide vane. For the estimation of the heat transfer coefficients a power law approach is applied, in which gas properties and/or gas flow state quantities are used. For describing start up, shut down and load changes, the calculated values for steady-state load conditions are assembled to quasi-steady load change events. The material behaviour is modelled to be linear-elastic with temperature-dependent material properties. To transform the calculated elastic v.Mises-stress values into total values, the equation of Ramberg-Osgood in combination with the Neuber-hyperbola is applied. Material data out of isotherm vibration tests with holdtime effects are used to calculate the reversals to failure. Under the use of lifetime assessment approches out of the literature, the reversals to failure are calculated for two points of the model for steady-state load conditions, which are compared to the numerical results. The influence of subcycles and the type of gas turbine control to the lifetime is investigated. For the calculation of the total number of reversals to failure for combined load cycles, the linear accumulation rule from Miner is applied.
