Ziel dieser Arbeit war, die Auswirkungen von Clocking der Leitreihen eines mehrstufigen Axialverdichters auf Potentiale hinsichtlich der Beeinflussung instationärer und stationärer Effekte zu untersuchen und zum grundlegenden Verständnis der instationären Schaufelinteraktion beizutragen. Dazu wurden über 2000 Leitgitterkonfigurationen vermessen, so dass der Einfluss von Clocking auf den Wirkungsgrad entlang der Kennlinie bei Auslegungsdrehzahl, auf die Schaufelgrenzschichten und auf die Betriebsgrenzen untersucht und dokumentiert werden konnte. Vor allem wurde so eine erhebliche Beeinflussung der Pumpgrenze gefunden, während das Grenzschichtverhalten auf den Schaufeln und der Wirkungsgrad im praktisch relevanten Bereich der Kennlinie kaum verändert wurden.
Hauptgegenstand der Untersuchungen war aber der Einfluss von Stator-Clocking auf die instationären Druckverteilungen und die resultierenden instationären Erregerkräfte an den Lauf- und Leitschaufeln. Die Vermessung der Auswirkungen der Positionierung jedes einzelnen Leitgitters wurde genutzt, um durch eine einfache Optimierung zwei geometrische Konfigurationen aller Leitgitter zu entwickeln. Die eine Konfiguration führte zu geringen aerodynamischen Erregerkräften an den Laufschaufeln aller Stufen, während die andere Konfiguration eine gleichmäßig hohe instationäre Anregung zur Folge hatte. Die Unterschiede der instationären Erregerkräfte zwischen den Konfigurationen waren erheblich und über weite Bereiche der Kennlinie unabhängig vom Betriebspunkt, ohne das die Konfiguration der Leitgitter geändert wurde.
Für eine umfassende Analyse der periodisch instationären, aerodynamischen Schaufelinteraktion wurden sowohl die Schaufeldruckverteilungen, als auch das Strömungsfeld in den axialen Schaufelzwischenräumen im Mittelschnitt der Beschaufelung für beide Clocking-Konfigurationen zeitgenau vermessen und vergleichend ausgewertet.
Aus diesen Analysen konnte mithilfe der Wellenmechanik eine einfache analytische Beschreibung der instationären Interaktion der Potentialfelder der Beschaufelung entwickelt werden. Für eine einzelne Stufe wurde mit diesem Modell die experimentell bestimmte Phasendifferenz der Druckschwankungen auf Druck- und Saugseite auf sehr einfache Weise nachgewiesen.
Damit liegt ein einfaches, analytisches Modell für die Beschreibung der komplexen Überlagerung der sich relativ zueinander bewegenden Druckfelder der Beschaufelung axialer Turbomaschinen vor, das für das physikalische Verständnis der instationären Schaufelinteraktion einen wertvollen Beitrag liefert.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:DRESDEN/oai:qucosa:de:qucosa:27755 |
| Date | 12 July 2013 |
| Creators | Müller, Lutz |
| Contributors | Vogeler, Konrad, Mailach, Ronald, Technische Universität Dresden |
| Source Sets | Hochschulschriftenserver (HSSS) der SLUB Dresden |
| Language | German |
| Detected Language | German |
| Type | doc-type:doctoralThesis, info:eu-repo/semantics/doctoralThesis, doc-type:Text |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
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