Download (9Mb) - tuprints

der Blattspitze [146]. Shabbir und Adamczyk erstellten eine Bilanzanalyse und kamen zu dem
Schluss, dass die radiale Umverteilung axialen Impulses der maßgebliche Mechanismus ist
[142]. Spätere Studien von Legras et al. bauten darauf auf und erweiterten die Bilanzanalyse
auf instationäre Strömungsfelder, die eine Anwendung der Methode auf umfangsdiskrete CT
zulassen sollen [145, 158]. Für Axialnuten formulierte Seitz einige Wirkmechanismen [112]:
1. Verringerung der lokalen Verblockung durch Entnahme impulsarmen Fluids innerhalb der
Schaufelpassage. Die Menge sollte unterhalb von 1 % des Hauptmassenstromes liegen.
2. Wiedereinbringung stromauf der Entnahmestelle, möglichst entgegen der Rotordrehrichtung.
Dadurch ergibt sich eine Energetisierung der Wandgrenzschicht und eine Erhöhung
des Totaldruckes im Relativsystem.
3. Zusätzlich sollte sich durch das rezirkulierte Fluid eine Verringerung des Inzidenzwinkels
an der Rotorspitze ergeben.
Ferner gibt es Hinweise, dass Resonanzeffekte bei umfangsdiskreten CT eine nicht zu vernachlässigende
Rolle spielen [106]. Ein Großteil der Aussagen über die Interaktion von Verdichter
und Gehäusestrukturierung beruht auf der Analyse numerischer Modelle, für die zuvor
durch Abgleich mit Messdaten ein gewisses Maß an Validierung durchgeführt wurde. Dies ist
in Anbetracht der komplexen Strömungstopologie, der schweren Zugänglichkeit und des demzufolge
zur experimentellen Analyse notwendigen hohen Aufwandes nicht überraschend. Aus
den gleichen Gründen konnte allerdings nicht abschließend geklärt werden, wie gut die numerischen
Modelle die tatsächlichen Strömungsvorgänge im Blattspitzenbereich abbilden. Erwähnt
werden sollen an dieser Stelle daher die Arbeiten von Müller et al. [126] sowie Voges
et al. [127, 134], die mit Hilfe von PIV und schnellen Drucksensoren den Einfluss jeweils eines
Umfangs- und Axialnuten-CT auf den transsonischen Verdichterrotor „TUD Rotor 1“ untersuchten.
7.2.3 Auslegung
Wie in Abschnitt 7.2.2 ausgeführt, haben bestimmte Eigenschaften sowohl des Rotors als auch
der Gehäusestrukturierung einen Einfluss auf Stabilität und Wirkungsgrad des Verdichters. Zur
erfolgreichen Auslegung einer Gehäusestrukturierung für einen gegebenen, in der Regel mehrstufigen
Verdichter ist also das Gesamtsystem aus CT und Verdichter zu betrachten. Zur Positionierung
des CT muss zunächst die pumpauslösende Stufe und ihr Versagensmechanismus
identifiziert werden [107]. Dies ist keine triviale Aufgabe, weil sich sowohl Ort als auch Instabilitätsmechanismus
mit dem Betriebspunkt als auch mit dem Alter des Verdichters und damit
einhergehenden Verschleißerscheinungen ändern können. Einige Einflussgrößen sind die Drehzahl,
die Eintrittsbedingungen, die Stellung der variablen Leitschaufeln und die Spalthöhe. Ein
Betrieb unter diesen Rahmenbedingungen muss nicht notwendigerweise zu einer Reduzierung
der Wirksamkeit der Gehäusestrukturierung führen: Madden und West präsentierten einen Fan,
dessen Pumpgrenze sich nur für den Fall eines durch Siebe gestörten Eintrittsprofils durch ein
Axialnuten-CT signifikant erhöhen ließ [128].
Falls die Verdichtergeometrie noch nicht festgelegt ist, besteht die Möglichkeit, den Verdichter
so auszulegen, dass eine möglichst hohe Sensitivität gegenüber CT erreicht wird. Nach dem
Wissenstand des Autors existieren jedoch aktuell keine festen Auslegungskriterien, die mit Sicherheit
zu einem durch CT positiv beeinflussbaren Rotor führen. Es können lediglich einige
34 7. Stand der Forschung