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Referenz<br />
Konturierung + Rotor-Modifikation<br />
0.05<br />
ξ<br />
0% 20% 40% 60% 80% 100%<br />
H<br />
Abbildung 11.5.: Radiale Verteilung der Rotor-Totaldruckverluste im Auslegungspunkt<br />
zuordnendes Fluid erst später auf die Saugseite der benachbarten Schaufel auftrifft. Während<br />
dies bei der Referenz ab etwa zwei Dritteln der Sehnenlänge der Fall ist, lässt sich mit Konturierung<br />
eine Verschiebung des Auftreffpunktes bis fast an die Hinterkante beobachten. Das Ausmaß<br />
der Interaktion zwischen diesem Teil der Nabengrenzschicht und der Schaufelgrenzschicht wird<br />
somit verringert.<br />
Ein Vergleich zwischen den radialen Totaldruckverlustverteilungen der beiden Varianten ist in<br />
Abb. 11.5 gegeben. Die jeweiligen Betriebspunkte sind identisch zu denen in Abb. 11.6. Die<br />
durch die Konturierung bewirkte Veränderung beschränkt sich auf den Bereich unterhalb von<br />
30 % der Kanalhöhe. Dieser lässt sich in zwei weitere Unterbereiche aufteilen. Einem Gebiet<br />
mit reduzierten Totaldruckverlusten im Bereich von 5 % bis 30 % der Kanalhöhe steht eine Zone<br />
mit erhöhten Verlusten in unmittelbarer Nähe zur Nabe gegenüber. In der massengemittelten<br />
Betrachtung ergibt sich für das durch die Konturierung beeinflusste Gebiet und demzufolge für<br />
den gesamten Rotor eine Verlustreduktion. Diese radiale Umverteilung von Verlusten wurde<br />
ebenfalls von Reising beobachtet [86]. Die Kaskadenuntersuchungen von Hergt et al weisen<br />
ebenfalls darauf hin, dass die durch die Konturierung bewirkte radiale Umverteilung eine lokale<br />
Erhöhung der Druckverluste mit sich bringen kann [74]. Ein weiterer Grund für die geringe<br />
Höhe der erreichten Wirkungsgradsteigerungen wird ebenfalls aus Abb. 11.5 deutlich. Sowohl<br />
mit als auch ohne Konturierung ist der mittlere Betrag der Totaldruckverluste auf den untersten<br />
20 % der Kanalhöhe klein gegenüber dem auf den obersten 20 %. Zusätzlich fällt durch die<br />
radiale Massenmittelung der Bereich an der Spitze aufgrund des höheren Massendurchsatzes<br />
stärker ins Gewicht als die unteren Kanalhöhen.<br />
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Sekundärströmung an der Rotornabe durch nichtachsensymmetrische<br />
Annuluskonturierung in vorteilhafter Weise beeinflussbar ist. Im vorliegenden<br />
Fall fiel die erreichte Steigerung des Wirkungsgrades allerdings gering aus. Dies ist einer<br />
Kombination aus der Verwendung eines Rotors mit relativ geringen Druckverlusten im Nabenbereich<br />
und der geforderten konstanten Stabilitätsgrenze geschuldet. Es ist jedoch wahrscheinlich,<br />
dass die Verbesserungen höher ausfallen, wenn die Schaufelspitze des zu konturierenden Rotors<br />
weniger sensitiv auf Blockageänderungen an der Nabe reagiert oder der Nabenbereich einen<br />
stärkeren Anteil an den Gesamtverlusten der Schaufelreihe hat. Diese These stellt einen Ansatzpunkt<br />
für weiterführende Studien dar.<br />
11.2. Anwendung in Kombination mit Schaufelmodifikation 63