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zum optimalen Wert. Es kann lediglich verzeichnet werden, dass bei Niedergeschwindigkeitsverdichtern
eine rückwärtige Lage, d.h. stromab von etwa 40 % der axialen Rotorsehne gelegen,
vorteilhaft erscheint, während die veröffentlichte Literatur zu Hochgeschwindigkeitsverdichtern
in der Merhzahl einzelne Umfangsnuten mit einer Positionierung nahe der Rotorvorderkante behandelt.
Die Erweiterung des Arbeitsbereiches ist mit einer einzelnen Umfangsnut geringer als
mit mehreren Umfangsnuten. Bezogen auf die relative Grösse der Nut, auf die in Abschnitt 7.2.3
näher eingegangen wird, übertrifft die einzelne Umfangsnut jedoch alle anderen CT-Varianten.
Der kleine benötigte Bauraum macht diese CT-Variante daher aus konstruktiver Sicht attraktiv.
Da die vorliegende Arbeit auch nicht-aerodynamische Gesichtspunkte berücksichtigt, wurde
aus diesem Grund eine einzelne Umfangsnut als zu behandelnde Gehäusestrukturierung ausgewählt.
Andere Bauformen
Es sind auch Varianten bekannt, bei denen eine Nut in der Schaufel eingebracht wird und die
einen ähnlichen Effekt auf die Leistungskennwerte des Verdichters zu haben scheinen [119,
166]. Diese Bauformen sollen hier jedoch nur der Vollständigkeit halber erwähnt und nicht
weiter vertieft werden.
7.2.2 Wirkungsweise
Die mit Gehäusestrukturierung maximal erreichbare Pumpgrenze und die Wirkungsgradänderung
eines Verdichters hängen nicht nur von der Art des Strukturierung und einer günstigen
Wahl der CT-Entwurfsparameter ab. Der zu behandelnde Verdichter muss bestimmte Voraussetzungen
erfüllen, um in der gewünschten Weise auf die Strukturierung zu reagieren. So muss sich
der Versagensmechanismus des Rotor im Blattspitzenbereich befinden. Ein solcher Rotor wird als
„spitzenkritisch“ oder „Tip Staller“ bezeichnet. Weiterhin ist der genaue Versagensmechanismus
von Bedeutung. Greitzer et al. zeigten, dass ein dort als „Wall Stall“ bezeichneter Mechanismus
wesentlich empfänglicher für CT ist als „Blade Stall“ [111]. Die Terminologie hat sich im Lauf
der Zeit geändert, so dass man heute von „Modal Type“ und „Spike Type“ Stall spricht, wie
bereits in Abschnitt 5 ausgeführt. Verdichter, die „Spike Type“ Stall aufweisen, reagieren sensitiver
auf eine Gehäusestrukturierung als solche mit einem „Modal Type“ Versagensmechanismus
[163]. Eine weitere Möglichkeit der Einteilung sind die von Wilke vorgeschlagenen Parameter,
die die Anteile des Rotorspaltwirbels, einer abgelösten Schaufelgrenzschicht sowie des (soweit
vorhandenen) Verdichtungsstoßes am Versagen des Rotors quantifizieren sollen [130, 167].
Allen Gehäusestrukturierungen gemeinsam ist eine gezielte Umverteilung von wandnahem Fluid.
Dies wird in der Regel über eine lokale Vergrößerung des Rotorspaltes erreicht. Damit erhöht
sich notwendigerweise der Leckagemassenstrom durch den Rotorspalt. Die hiermit einhergehenden
zusätzlichen Druckverluste sowohl in der Gehäusestrukturierung als auch in den Mischungszonen
mit der Rotorströmung können als Erklärung für den inhärenten Wirkungsgradverlust vieler
Gehäusestrukturierungen dienen. Laut Hathaway wird nur dann keine Verringerung des Wirkungsgrades
auftreten, wenn durch die Strukturierung ein Verlustmechanismus im Rotor soweit
reduziert werden kann, dass der negative Effekt der erhöhten Leckage kompensiert wird [99].
Zu den jeweiligen Wirkmechanismen der verschiedenen CT-Bauformen wurden umfangreiche
Studien durchgeführt. Es existieren verschiedene Erklärungsansätze, die hier kurz genannt werden
sollen. Für umfangssymmetrische Strukturierungen wurden eine Segmentierung [149] bzw.
Umlenkung [104] des Rotorspaltwirbels genannt sowie eine Inzidenz-Verringerung im Bereich
7.2. Gehäusestrukturierung 33