Vorschmieden und elektrochemische Fertigbearbeitung von Nickelbasis-Turbinenschaufeln für 700°C-Dampfkraftwerke

Betreuer: Dipl.-Ing. Christoph Keller

Zielsetzung

Im Rahmen eines interdisziplinären Verbundprojekts soll in Zusammenarbeit mit der Firma Leistritz und dem Werkzeugmaschinenlabor (WZL) die Entwicklung von Nickelbasis-Dampfturbinenschaufeln insbesondere unter Einbeziehung fertigungstechnischer Fragestellungen weiter vorangetrieben werden.

Dabei geht es um eine ganzheitliche Betrachtung des Entwicklungsprozesses von der Fertigung auf Basis der zu optimierenden elektrochemischen Bearbeitung (ECM) bis hin zu den Einflüssen dieser Bearbeitung auf die aerodynamische Güte dieser Turbinenbeschaufelung neuester Technologie. Ziel ist es, die Fertigung soweit zu verbessern, dass die geforderte Genauigkeit der Schaufelbearbeitung in einem Schritt und ohne nachträgliche Korrekturen im Fertigungsprozess (First-Time-Right) erreicht werden kann. Weiterhin soll die technologische Reife des ECM-Fertigungsverfahrens aus Sicht der Aerodynamik gezeigt werden.

Durch die Verwendung solcher modernen Beschaufelungen lassen sich die Dampfparameter in Kraftwerksprozessen erhöhen und somit deren Wirkungsgrade steigern.

Vorgehensweise

Die Forschungstätigkeiten am IST befassen sich zunächst mit der Ermittlung der funktionalen Zusammenhänge des ECM-Verfahrens in Bezug auf die vorliegende Elektrolytströmung. Diese wird am IST mit Hilfe von numerischen Verfahren (CFD) untersucht, wobei zur Validierung der Modelle experimentelle Messungen bei der Firma Leistritz durchgeführt werden. Im Anschluss daran gilt es mit Hilfe der numerischen Modelle Optimierungsmaßnahmen zu entwickeln, welche im industriellen Fertigungsablauf umgesetzt werden können. Die dreidimensionalen Formabweichungen der Werkstücke werden am IST mit Hilfe eines optisches Messsystems erfasst, welches auch die Überführung von 3D-Istgeometrien in die Simulationssoftware ermöglicht.

Des Weiteren ist der Nachweis der technologischen Reife des Fertigungsverfahrens aus der Sicht der Aerodynamik zu erbringen. Dies erfolgt wiederum auf Basis von numerischen Simulationen, wobei sowohl der Einfluss geometrischer Beschränkungen dieser Technologie als auch die Vorteile bezüglich Oberflächengüte und Formgebung aerodynamisch bewertet werden. In diesem Zusammenhang wird eine Prozesskette entwickelt, welche eine zielgerichtete Untersuchung von Abweichungen hinsichtlich Formgebung bzw. Oberflächengüte der Schaufeln auf die Strömungsführung im Einbauzustand zulässt.

Projektpartner

Das Projekt wird von der Europäischen Union und dem Land Nordrhein-Westfalen im Rahmen der Ziel2.NRW Initiative gefördert. Projektpartner sind die Leistritz AG sowie das Werkzeugmaschinenlabor (WZL) der RWTH Aachen.