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A Zustandsaufnahme und Befundung

Projektbereich A  „Zustandsaufnahme und Befundung“ befasst sich schwerpunktmäßig mit der Entwicklung von neuen Technologien zur empfindlichen Zustandserfassung von Triebwerken, Turbinenbauteilen und Bauteil-Schichtsystemen.

Dies ist die Grundlage zur Lokalisierung und Diagnose  von Schäden sowie einer differenzierten Zustandsbeurteilung von unterschiedlich beanspruchten Triebwerken und Turbinenbauteilen, wie dieses zur individuellen Planung von Regenerationsprozessen, aber auch zur Bewertung der durchgeführten Regenerationsmaßnahmen erforderlich ist.

Projektbereich A gliedert sich in die Teilprojekte:

A1Zerstörungsfreie Turbinenschaufelcharakterisierung
A2Multiskalige Geometrieerfassung
A3Abgasstrahlanalyse
A4Brennkammer-Störungen (beendet 2017)
A5Demontage im Regenerationsprozess

A6

Ausmischung und Brennersignatur

Teilprojekte

A1 Zerstörungsfreie Turbinenschaufelcharakterisierung

Zerstörungsfreie Turbinenschaufelcharakterisierung

Zerstörungsfreie Charakterisierung von Beschichtungen und Werkstoffzuständen hochbeanspruchter Triebwerksbauteile
Das Arbeitsprogramm umfasst die Weiterentwicklung der Hochfrequenz-Wirbelstromtechnik und der Hochfrequenz-Induktions-Thermographie mit gepulster Anregung. Diese Messmethoden werden zur Erfassung und Klassifizierung von lokalen Defekten und Materialveränderungen im Bauteil-Mehrschichtsystem auch bei schwer zugänglichen, komplexen Triebwerksbauteilen, wie der Verdichterbeschaufelung in Blisk-Bauweise, im Rahmen der Eingangsbefundung und zur Qualitätsbewertung von Reparaturmaßnahmen eingesetzt. Hierzu ist u.a. die Anpassung der Prüftechniken an die neuen Geometrien und Werkstoffe, die Entwicklung einer Wirbelstrom-Fernfeldtechnik zur Bestimmung der Fehlertiefenlage und die Automatisierung, sowie Integration der Prüfsysteme in den Regenerationspfad vorgesehen.

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A2 Multiskalen-Geometrieerfassung

Lasertrackerreferenziertes multiskalen Messsystem

Multiskalen-Geometrieerfassung von Turbinenschaufeln mittels robotergestützter, laserpositionierter Multisensortechnik
Im  Teilprojekt A2 wird das im ersten Antragszeitraum entwickelte robotergestützte Multiskalen-Messsystem um ein robustes Weißlichtinterferometer für schwer zugängliche Oberflächenbereiche sowie einen perizentrischen Lichtschnittsensor zur schnellen und genauen Erfassung von Kantenbereichen an Schaufel- und Bliskgeometrien erweitert. Mit einer beobachterbasierten Lageschätzung werden die Messwerte der Geometriesensoren in ein Referenzsystem überführt, um so ein holistisches Zustandsmodell der zu regenerierenden Schaufel zu erzeugen, wodurch eine Datenbasis zur Planung des jeweiligen Regenerationspfades erstellt werden kann.

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A3 Abgasstrahlanalyse

Dichte- sowie Temperaturfeld eines Abgasstrahls

Zustandsbeurteilung eines Triebwerks durch Analyse des Abgasstrahls
Im Teilprojekt A3 wird die tomographische Rekonstruktion von Dichtefeldern mit der optischen Background-Oriented-Schlieren Methode (BOS) hinsichtlich einer besseren quantitativen Rekonstruktion bei hohen Dichtegradienten und wenigen Ansichten unter Einbeziehung der Auflösung instationärer Effekte weiterentwickelt. Zusätzlich soll eine Methodik zur automatischen Erkennung und Bewertung kohärenter Strukturen im Abgasstrahl entwickelt werden. Zum Zwecke der Validierung werden die Ergebnisse numerischer Strömungssimulationen des Abgasstrahls eines Triebwerks mit den experimentellen Ergebnissen entsprechender BOS-Messungen verglichen.

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A4 Brennkammer-Störungen (beendet 2017)

Temperaturverteilung am Brennkammeraustritt bei ausgefallener Brennstoffdüse

Einfluss von Störungen in der Brennkammer auf den Abgasstrahl
Brennkammer-spezifische Störungen und die hieraus resultierenden Texturen im Abgasstrahl werden mittels numerischer Rechenverfahren abgebildet und parallel mit berührungslosen optischen Messtechniken detektiert. Damit können messbare Abgasmuster einer Fehlerquelle in Brennkammern zugeordnet werden. Die Versuchsbrennkammer wird mit drei einzeln steuerbaren Brennern ausgestattet, sodass auch kleinere Brennkammerfehler untersucht werden können. Die tomographische BOS-Technik aus Teilprojekt A3 wird durch die Tunable Diode Laser Absorptions Spectroscopy zur Messung der Abgaszusammensetzung ergänzt.

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A5 Demontage im Regenerationsprozess

Anpassungsfähige und bauteilschonende Demontage im Regenerationspfad
Ein Unsicherheitsfaktor der Regenerationskette ist die Demontage, denn betriebsbedingte Produkteigenschaftsänderungen, wie unbekannte Reaktionskräfte (Verfestigungen) in den Montageverbindungen, führen zu undefinierten Demontageprozessen. Zur Ableitung der Demontagekräfte wird ein Versfestigungsparameter mithilfe eines modellbasierten Prozesses erlernt, den Produktbelastungen wie z.B. den Betriebsstunden zugeordnet und zur produktübergreifenden Anwendung von den Produkteigenschaften z.B. der Geometrie entkoppelt. Die notwendige Prozessanpassungsfähigkeit wird mittels eines Stoßverfahrens und einer dazugehörigen Regelungsstrategie am Gesamtarbeitsplatzkonzept untersucht.

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A6 Ausmischung und Brennersignatur

Temperaturverteilung am Brennkammeraustritt bei ausgefallener Brennstoffdüse

Effekt der Ausmischung auf die Signaturen von Brennerstörungen
Störungen in der Brennkammer haben Auswirkungen auf die Turbine und können bei deutlicher Signatur auch durch eine Analyse des Abgasstrahles erfasst werden. Mischungsvorgänge reduzieren den Informationsgehalt und erschweren die Detektion dieser Störungen im Abgasstrahl. In Teilprojekt A6 werden Brennkammerschäden und die Folgen im Heißgaspfad berechnet. Die Ausmischungsvorgänge werden detailliert an verschiedenen Versuchsbrennkammern mit steigender Komplexität experimentell und numerisch untersucht, so dass eine Modellierung angestrebt wird, die auch in realen Triebwerken angewendet werden kann.

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