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Referenz
Konturierung + Rotor-Modifikation
DS
SS
HK
75 %
50 %
DS
SS
VK
25 %
VK
HK
DS
SS
DS
SS
DS
SS
25 % C ax
50 % C ax
75 % C ax
Abbildung 11.3.: Geometrie des finalen Rotors mit Nabenkonturierung
fahren kamen nicht zum Einsatz. Die Modifikation des Rotors zielte auf die Nutzung einer weiteren
Eigenschaft der Nabenkonturierung ab, welche im Zuge der in Abschnitt 11.1 beschriebenen
Parameterstudie deutlich wurde: Den Einfluss der Konturierung auf die Umlenkung. Neben einer
Verlustreduktion bzw. Wirkungsgradsteigerung in einzelnen Betriebspunkten ließ sich durch
die Konturierung eine Mehrumlenkung der Strömung im unteren Drittel des Rotors erzielen.
Das Resultat war eine Erhöhung des Massendurchsatzes, und zwar sowohl im Auslegungspunkt
als auch nahe Stall. Dies ist zwar kein negativer, aber zunächst auch kein erwünschter Effekt.
Durch Anpassung der Austrittsblattwinkel des Rotors konnte der Massenstrom wieder auf das ursprüngliche
Niveau gebracht und der Verlustbeiwert reduziert werden. Die hierfür ausgewählte
Konturierung basierte auf einer Variante mit verbessertem Auslegungswirkungsgrad. Die Amplitude
des achsensymmetrischen Anteils der Konturierung wurde reduziert, um den negativen
Einfluss nahe Stall zu verringern. Das Ergebnis war die in Abb. 11.1 als „Konturierung + Rotor-
Modifikation“ bezeichnete Variante. Sie wurde im 1,5-stufigen Forschungsverdichter verbaut
und soll daher in den folgenden Absätzen genauer diskutiert werden.
Ein Vergleich der Nabengeometrien von Referenz und konturierter Variante ist in Abb. 11.3
gezeigt. Auf fünf axialen Schnitten wurden für jeweils eine Schaufelteilung die Nabenkontur inklusive
eines Teils der Schaufel überlagert. Es ist zu erkennen, dass die größten Abweichungen
von der Referenzgeometrie im Bereich zwischen 50 % und 75 % der axialen Sehnenlänge auftreten.
Die maximale Amplitude des nicht-achsensymmetrischen Anteils der Konturierung beträgt
1,3 % der Schaufelhöhe. Während bis 25 % C ax noch deutliche Unterschiede zwischen Ausgangsund
finaler Variante zu erkennen sind, fällt weiter stromauf davon sowie stromab von 75 % der
Sehnenlänge der Betrag der Annulusmodifikation rapide ab. An der Hinterkante sind die durch
die Anpassung der Austrittsblattwinkel verursachten Änderungen in der Schaufelgeometrie in
der gleichen Größenordnung. In Kombination mit dem achsensymmetrischen Anteil der Konturierung
sorgt die Phasenverschiebung der harmonischen Perturbation im vorderen Drittel der
Schaufelpassage für eine Vergrößerung der Querschnittsfläche und eine Reduktion des statischen
Druckgradienten in Umfangsrichtung. In den hinteren zwei Dritteln allerdings deutet die
Phasenverschiebung auf eine Verstärkung des Druckgradienten hin, da die lokale Querschnittsfläche
nahe der Saugseite verringert und nahe der Druckseite vergrößert wird. Diese anhand
der geometrischen Konturierungseigenschaften gemachten Aussagen werden bei Betrachtung
der statischen Druckverteilung an der Nabe bestätigt. Ein Vergleich zwischen Referenz und konturierter
Variante ist für zwei axiale Schnitte in Abb. 11.4 gegeben. Die Druckverteilungen in
11.2. Anwendung in Kombination mit Schaufelmodifikation 61