FlexGen und FlexGen2
Mechanische Belasungsprofile von Turbogeneratoren
Turbogeneratoren in konventionellen Kraftwerken sind einer zunehmend flexiblen Fahrweise ausgesetzt. Durch die volatile Einspeisung von erneuerbaren Energien sind Turbogeneratoren vorallem zur Abdeckung der Grundlast eingesetzt und müssen flexibel den Betriebspunkt wechseln können. Diese Fahrweise bedeutet eine hohe Beanspruchung der Komponenten wegen der zunehmenden Dynamik der vorherschenden Temperaturprofile und der elektromagnetischen Feldverteilung, die für die vorherschenden Kräfteprofile durch den Maxwell'schen Spannungstensor und die Lorentzkräfte entstehen. Daraus folgt eine wechselhafte mechanische Beanspruchung, die zu einem erhöhten Lebensdauerverbrauch führt. Im Zuge der flexiblen Fahrweise kommt es also zu einer zunehmenden mechanischen Beanspruchung des Systems.
Eine Berechnung dieser neuartigen Beanspruchung ist wichtig, um Positionen für ein mögliches Versagen einschätzen und den vorliegenden Mechanismus verstehen zu können. Mit dem gewonnen Verständnis und Wissen können bestenfalls Optimierungsmaßnahmen eingeleitet werden. Daraus soll eine Schonung der Restlebensdauer, durch eine Minderung der vorherschenden Dehnungen, erzielt werden. Dafür ist ein detailreiches 3D-FE Modell notwendig, sowie eine Berechnung aller Belastungsmechanismen. Insbesondere die thermisch induzierte Längenänderung im Statorwickelkopf ist in der Literatur nicht durch Berechnungen beschrieben, ist durch das wechselhafte Temperaturprofil jedoch von zunehmender Bedeutung als Belastungsmechanismus. Darüber hinaus werden transiente Fehlerfälle und harmonische Beanspruchungen bei der Bewertung berücksichtigt, um ein vollumfängliches Bild der Belastungsprofile zu erhalten.
In FlexGen und FlexGen2 sollen die mechanischen Belasungsprofile von Turbogeneratoren unter der flexiblen Fahrweise beschrieben werden. Daraus sollen Methoden zur Minderung der Belastungen hergeleitet werden. Neben konstruktiven Lösungen ist auch der Einsatz innovativer Materialien dabei zu berücksichtigen.
- Erstellung eines 3D-FE Modells für Dehnungsberechnungen an der Oberfläche des elektrischen Isoliersystems, durch detaillierte Statorstäbe
- Strukturmechanische Feldberechnung der Dehnungsbeanspruchung
- Evaluierung von möglichen Systemmodifikationen (Konstruktionsmaßnahmen, innovative Materiallösungen)
Die Projekte FlexGen und FlexGen2 werden vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) unter den Förderkennzeichen 03ET7087D und 03EE5055B gefördert.
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Publikationen
Lange, S.; Pfost, M.: Impact of Design Aspects on the Vibrational Behaviour of the Stator End-Winding Region of Large Turbogenerators, International Conference on Electrical Machines (ICEM), Göteborg (virtuell), 08.2020, doi: 10.1109/ICEM49940.2020.9271041
Lange, S.; Pfost, M.: Analysis of the Thermal Influence on the Vibrational Behavior of the Stator End-Winding Region, Aegean Conference on Electrical Machines and Power Electronics & Optimization of Electrical & Electronic Equipment Conference (ACEMP & OPTIM), Istanbul (Türkei), 08.2019, doi: 10.1109/ACEMP-OPTIM44294.2019.9007121
Lange, S.; Pfost, M.: Validation and Verification of a Structural Mechanical Stator End-Winding Region Model , International Electrical Machines & Drives Conference (IEMDC), San Diego (USA), 05.2019, doi: 10.1109/IEMDC.2019.8785374
Lange, S.; Pfost, M.: Analysis of Damping Models in a Structural Mechanical 3D-FE Stator End-Winding Region Model , International Conference on Electrical Machines (ICEM), Alexandroupoli, 09.2018, doi: 10.1109/ICELMACH.2018.8506877