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5.2 Kennfelder zur Parametervariation
ben, werden in der vorliegenden Studie alle Detailuntersuchungen bei A100 dargestellt.
Die Messdaten zu den anderen Betriebspunkten sind in den Datensätzen hinterlegt.
5.2 Kennfelder zur Parametervariation
5.2.1 Impeller Schaufelspaltvariation
Der in der vorliegenden Studie verwendete Impeller ist ohne Deckband ausgelegt. Der
dadurch entstehende Schaufelspalt zwischen Schaufelspitze und Gehäuse hat einen Einfluss
auf das Betriebsverhalten der Radialverdichterstufe. Dieser Zusammenhang wurde
in der vorliegenden Studie experimentell gemessen und daraus ein empirischer Zusammenhang
erstellt. Die Vorgehensweise im Prüfstand ist in Kap. 3.1.2 beschrieben.
In Abb. 5.2 sind die 100 %-Drehzahllinien bei axialen Impellerschaufelspalten von 0.25
bis 0.65 mm dargestellt. Sowohl das Druckverhältnis auf der linken Seite als auch der
Wirkungsgrad auf der rechten Seite verschieben sich bei erhöhtem Spalt zu kleineren
Werten. Die Form und die Krümmung der Drehzahllinien bleibt jedoch identisch. Der
Sperrgrenzmassenstrom reduziert sich um −1 % bei einer Vergrößerung des Spaltes um
160 % von 0.25 auf 0.65 mm. Das Druckverhältnis π norm sinkt im Auslegungspunkt bei
konstantem normierten Massenstrom von 1 um −1.14 %. Weiterhin sinkt der isentrope
Wirkungsgrad um 0.9 %-Punkte.
Die Messpunkte in den Kennfeldern aus Abb. 5.2 wandern jeweils bei Vergrößerung
des Spaltes entlang einer Drosselkurve auf die entsprechende Drehzahllinie. Die Ursache
liegt darin, dass die Messungen mit konstanter Drosseleinstellung vorgenommen
wurden. Letzteres war möglich, weil die Magnetlagerung nach Kap. 3.1.2 die axiale Verschiebung
des Impellers und damit die Variation dessen Schaufelspaltes im laufenden
Betrieb zulässt. Durch diese Maßnahme wurde zusätzlich die Messunsicherheit reduziert.
Nach Kap. 3.3.2 wurde die relative Messunsicherheit für den Wirkungsgrad zu ±0.2%
errechnet. Dies liegt bereits im Bereich der in dieser Messreiche gemessenen Δη-Werte.
Weitere Unsicherheiten durch verschiedene Betriebspunkte, äußere Randbedingungen
und Einstellungen konnten so vermieden werden.
Der Grund für die niedrigeren Wirkungsgradkennlinien bei größerem Impellerschaufelspalt
liegt in den höheren Strömungsverlusten. In der Literatur wurden Modelle zum
Schaufelspaltverlust entwickelt. Brasz (1988) geht von einem Totaldruckverlust der Strömung
durch den Schaufelspalt von der Druck- zur Saugseite aus. Die Strömung unterliegt
im Schaufelspalt einer plötzlichen Kontraktion und anschließenden Expansion auf die
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