In mehrstufigen Axialverdichtern für Flugtriebwerke und stationäre Gasturbinen werden die Statoren entweder mit Deckband ausgeführt oder freistehend mit einem Radialspalt zur Rotornabe. Diese zwei üblichen konstruktiven Varianten zur Trennung von rotierenden und stehenden Bauteilen haben erheblichen Einfluss auf das Strömungsverhalten und die Verluste im nabennahen Bereich der Statorpassage. In den hinteren Stufen von mehrstufigen Axialverdichtern kommt dieser Problematik eine große Bedeutung bei, da mit sinkender Kanalhöhe der Anteil der Randverluste am Gesamtverlust steigt. Weiterhin ist mit relativ großen Spaltweiten im Verhältnis zur Kanalhöhe zu rechnen. Die vorliegende Arbeit vergleicht die Strömung an Statoren mit und ohne Deckband auf Basis experimenteller und numerischer Untersuchungen in einem vierstufigen Niedergeschwindigkeits-Axialverdichter. Für beide Bauarten werden die Auswirkungen einer Variation der Spaltweite auf das Strömungsfeld mit stationären Drucksonden ermittelt und mit stationären CFD-Simulationen verglichen. Für Statoren mit Radialspalt zur Nabe wird eine verbesserte dreidimensionale Gestaltung vorgestellt und experimentell untersucht. Ziel der neuen Auslegung ist die Verringerung der Auswirkung der Spaltweitenvergrößerung auf Verluste, Minderumlenkung und Blockage. Die experimentelle Verifizierung der Neuauslegung wird von numerischen Simulationen zur detaillierten Analyse der Verbesserungen unterstützt.:Symbolverzeichnis
Einleitung
1 Grundlagen der Strömung im Seitenwandbereich von Statoren / Stand des Wissens
1.1 Sekundärströmung an Statoren
1.2 Historische Entwicklung der Untersuchung von Statoren mit und ohne Deckband in Axialverdichtern
1.3 Reduzierung von Verlusten durch dreidimensionales Schaufeldesign
1.4 Zielstellung der aktuellen Untersuchung
2 Niedergeschwindigkeitsverdichter und Messtechnik
2.1 Allgemeiner Aufbau des Niedergeschwindigkeitsverdichters
2.2 Messtechnik am Niedergeschwindigkeitsverdichter
2.3 Auswertungsmethoden und Analyse der Messergebnisse
2.3.1 Normierung der Messwerte
2.3.2 Kennfeld
2.3.3 Strömungsfeldmessung an der Stufe
2.3.4 Druckverteilungen
2.3.5 Betrachtung der Messgenauigkeit
2.4 Experimentell untersuchteAufbauten
2.4.1 Referenz-Statoren ohne Deckband - Aufbau 16
2.4.2 Referenz-Statoren mit Deckband - Aufbau 17
2.4.3 Neuauslegung für Statoren mit großen Radialspalten - Aufbau 20
3 Numerische Untersuchungen
3.1 Numerisches Modell
3.2 Simulationsmodell
3.2.1 Vernetzung des Verdichters für den Referenzfall
3.2.2 Modellierung unterschiedlicher Radialspaltweiten
3.2.3 Modellierung der Deckbandkavität
3.2.4 Einfluss der Turbulenzmodellierung auf die Strömung an Statoren mit und ohne
Deckband
3.2.5 Simulationen mit Non-Linear-Harmonic-Method
4 Statoren mit und ohne Deckband
4.1 Globales Betriebsverhalten des Verdichters für Referenzmessungen an Statoren mit und ohne Deckband
4.1.1 Drehzahllinie des Verdichters bei Radialspaltvariation über Stator 3 und 4
4.1.2 Drehzahllinie des Verdichters bei Deckbandspaltvariation im Stator 3
4.1.3 Globale Ergebnisse der CFD-Simulation für Statoren mit und ohne Deckband
4.2 Strömungsfeldmessungen für Statoren mit und ohne Deckband
4.2.1 Zuströmung zum dritten Stator
4.2.2 Vergleich der Strömung am dritten Stator mit und ohne Deckband
4.2.3 Auswirkung des Designs des dritten Stators auf Rotor 4
4.3 Bewertung der Ergebnisse für Statoren mit und ohne Deckband
5 Statoren ohne Deckband mit verringerter Sensitivität gegenüber großen Radialspaltweiten
5.1 Auslegung eines Stators ohne Deckband für große Radialspaltweiten
5.2 Globales Betriebsverhalten des Verdichters für neuausgelegte Statoren ohne Deckband
5.3 Strömungsfeldmessungen am neuausgelegten Stator mit großem Radialspalt
5.3.1 Zuströmung zum dritten Stator
5.3.2 Strömung am dritten Stator bei Radialspaltvariation
5.3.3 Auswirkung der Radialspaltvariation am dritten Stator auf Rotor 4
5.4 Bewertung der neuen Auslegung für Statoren mit großem Radialspalt
6 Zusammenfassung
A Anhang
A.1 Eigenschaften des CFD-Netzes
A.2 CFD-Netze f¨ur Stator 3 mit Deckband
A.3 Einfluss des Fillets am dritten Stator mit Deckband
Literaturverzeichnis
| Identifer | oai:union.ndltd.org:DRESDEN/oai:qucosa:de:qucosa:85343 |
| Date | 08 May 2023 |
| Creators | Lange, Martin |
| Contributors | Vogeler, Konrad, Niehuis, Reinhard, Technische Universität Dresden |
| Source Sets | Hochschulschriftenserver (HSSS) der SLUB Dresden |
| Language | German |
| Detected Language | German |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, doc-type:doctoralThesis, info:eu-repo/semantics/doctoralThesis, doc-type:Text |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
| Relation | info:eu-repo/grantAgreement/Bundesministeriums f¨ur Wirtschaft und Technologie/COORETEC-turbo der AG Turbo/0327716T//Wirkungsgradoptimierte Statoren mit und ohne Deckband/COORETEC-turbo 1.2.7 |
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