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8 Zusammenfassung und Ausblick
RWTH Aachen ein Prüfstand von Büscher (2006, nicht publiziert) und Zachau (2007)
aufgebaut. Dieser Prüfstand ermöglichte die integrale und detaillierte Vermessung der
drei beschriebenen Radialverdichtergeometrien.
Die vorliegende Studie baut auf den Arbeiten von Büscher und Zachau zur nominalen
Diffusorkonfiguration auf. Es wurde das Betriebsverhalten mit den Parametern Impellerschaufelspalt,
Zapfluft und Reynoldszahl untersucht. Die Auswirkungen einer Impellerschaufelspaltvariation
von 0.25 bis 0.65 mm auf die integralen Leistungswerte und
die detaillierte Strömung wurden gemessen. Es wurde eine lineare Abhängigkeit der
Wirkungsgradänderung zum relativen Schaufelspalt λ 2 von ∂η/∂λ 2 =0.22 ermittelt.
Weiterhin wurde die Pumpgrenze der untersuchten Radialverdichterstufe bei relativen
Schaufelspalten von 5.7 % und 19.3 % gemessen. Es wurde gefunden, dass sich die Pumpgrenze
bei größerem Impellerschaufelspalt nur um −2 % zu kleineren Totaldruckverhältnissen
verschiebt. Die Reynoldszahl wurde mittels einer Eintrittsdruckveränderung der
Radialverdichterstufe von 0.5 bis 1.5 bar um den Faktor 3 variiert. Es wurde bei Anwendung
des m-scaling-Verfahrens ein Exponent von m =0.1 ermittelt.
Im nominalen Diffusor wurden detaillierte Messungen mittels Particle Image Velocimetry
(PIV) und Cobra-Dreilochsonden durchgeführt. Es konnte gezeigt werden, dass
im hinteren Teil des Diffusors auf dessen Druckseite ein Ablösungsgebiet mit Rückströmung
vorhanden ist. Statische Wanddruckmessungen zeigten, dass in diesem hinteren
Bereich demzufolge kein signifikanter statischer Druckaufbau erfolgt. Diese Erkenntnis
führte zur radialen Kürzung des Pipe Diffusors um 46 %, was die zweite untersuchte
Geometrievariation darstellt.
Für die Radialverdichterstufe mit gekürztem Diffusor wurde eine isentrope adiabate totale
Wirkungsgradverbesserung von +0.3 %-Punkten gemessen. Diese Differenz liegt im
Bereich der Messunsicherheit von ±0.2 %. Es wurde gezeigt, dass das Totaltemperaturverhältnis
τ der Radialverdichterstufe konstant bleibt. Das Totaldruckverhältnis π
steigt demzufolge um 0.4 % bei einer Messunsicherheit von ±0.1 %. Diese Erhöhung von
π konnte mit einem kleineren Totaldruckverlust des Diffusionssystems von −9 % erklärt
werden. Detaillierte PIV-Messungen zeigten, dass die Ablösung auf der Diffusordruckseite
signifikant kleiner geworden ist.
Die Pumpgrenze der Radialverdichterstufe wurde durch die Kürzung des Pipe Diffusors
bei hohen reduzierten Drehzahlen um 10 % erweitert gemessen. Ein Ansatz zur
Erklärung dieses Phänomens wurde in dieser Studie in den instationären Wanddruckmessungen
gefunden. Im Halsbereich des Diffusors ist die Strömung an der Druckseite
kurz hinter der Vorderkante bei gekürztem Diffusor wesentlich homogener. Es findet
keine Anregung durch die halbe Schaufelwechselfrequenz wie im nominalen Fall statt.
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