Download (9Mb) - tuprints

Umfangsnuten ✒
Gehäuse
Rotor-Schaufel
Nabe
Abbildung 7.4.: Skizze eines Rotors mit Umfangsnuten-CT in der Meridionalansicht.
der vorgestellten Umfangsnuten-CT und den jeweils berichteten Einflüssen auf das Betriebsverhalten
dieses Rotors lässt sich die auch aktuell noch vorhandene Unsicherheit in der Auslegung
von Gehäusestrukturierungen ablesen. Da in vielen Gesichtspunkten gleichwertige Strategien
und Prozesse verwendet wurden, sollten von den einzelnen Studien identische oder zumindest
sehr ähnliche Ergebnisse zu erwarten sein. Dies ist jedoch nicht der Fall. Auf einige der
Ursachen für die beobachteten Abweichungen wird in Abschnitt 7.2.3 näher eingegangen. Die
optimale Zahl, Positionierung, Form und Größe der Umfangsnuten ist stark verdichterspezifisch.
Es gibt jedoch Hinweise, dass flache Nuten mit einer radialen Erstreckung von weniger als 5 %
der axialen Rotorsehnenlänge bei annährernd gleicher Stabilitätserweiterung einen günstigeren
Wirkungsgradeffekt haben als tiefe Nuten [104, 146]. Im Vergleich zu umfangsdiskreten
Bauformen erreichen Gehäusestrukturierungen mit mehreren Umfangsnuten eine geringere Erweiterung
des Verdichterarbeitsbereiches, haben aber auch einen kleineren Einfluss auf den
Wirkungsgrad.
Einzelne Umfangsnut
Bei dieser Bauform existieren reine CFD-Studien sowohl für transsonische [98, 152, 153, 159–
161] als auch für subsonische Verdichter [143, 162]. Gemischte oder ausschließlich experimentelle
Studien beinhalten Niedergeschwindigkeitsverdichter [163, 164] und subsonische Hochgeschwindigkeitsverdichter
[102, 165], aber keine transsonischen Verdichter. Mehrfach wurde
eine einzelne Umfangsnut im Rahmen von Parameterstudien für ein CT mit mehreren Umfangsnuten
eingesetzt, um die Beiträge der verschiedenen Nuten zum Gesamtergebnis zu beurteilen
[143, 152, 153, 159]. Hervorzuheben sind auch die Arbeiten von Houghton und Day, die mit Hilfe
eines Niedergeschwindigkeitsverdichters mit einzelner Umfangsnut detaillierte Studien zur
CT-Wirksamkeit und zur Interaktion mit dem Instabilitätsmechanismus des Verdichters durchführten
[163, 164]. Bezüglich ihrer Größe und Querschnittsform unterscheidet sich die einzelne
Umfangsnut nicht von der Bauformen mit mehreren Umfangsnuten: Die axiale Erstreckung der
meist rechteckigen Nut beträgt etwa 10 % der axialen Sehnenlänge der Rotorspitze, mit einem
Kantenlängenverhältnis von etwa 0,5 bis 1,5. Bei einer axialen Erstreckung über die gesamte
axiale Sehnenlänge hinweg wird auch von „Sloped Trench“ [159–161] oder „Stepped Tip Gap“
[102] Casing Treatments gesprochen. Die axiale Positionierung der einzelnen Nut ist ein wichtiger
Auslegungsparameter. Die neuere Literatur liefert jedoch keine konsistenten Erkenntnisse
32 7. Stand der Forschung