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Abbildung 12.10.: Geometrie der Stator-Nabenkonturierung
12.2 Nabenkonturierung bei einem Stator mit Deckbandleckage
In Abschnitt 12.1.2 wurde gezeigt, dass nicht-achsensymmetrische Endwandkonturierung bei
einem Axialverdichterstator genau dann signifikante Verbesserungen bewirken kann, wenn die
Schaufelreihe ohne Konturierung ein ausgeprägtes wandnahes Rückströmgebiet aufweist. Dies
wurde durch eine Reduktion der Schaufelzahl und die daraus resultierende Erhöhung der Diffusionszahl
bewerkstelligt. Es stellt sich nun die Frage, ob Rückströmgebiete, deren Entstehung auf
andere Ursachen zurückzuführen ist, ebenfalls durch Endwandkonturierung positiv beeinflusst
werden können. Ein in diesem Zusammenhang relevantes Phänomen ist die Leckageströmung
bei Statoren mit nabenseitigem Deckband. Da der Stator des 1,5-stufigen Forschungsverdichters
keine Deckbandkavität hat, wurde für die in diesem Abschnitt vorgestellte Untersuchung der
mehrstufige Niedergeschwindigkeitsverdichter herangezogen.
Die Nabe des ersten Stators wurde mit nicht-achsensymmetrischer Endwandkonturierung ausgestattet.
In Bezug auf Betriebspunkte, Zielgrößen und Randbedingungen wurde der in Abschnitt
8.4 beschriebene halbautomatische Auslegungsprozess in Analogie zum Stator des
1,5-stufigen Forschungsverdichters verwendet. Außer der Geometrie der Nabe wurden keine
weiteren Änderungen am Stator vorgenommen. Die Nabenkonturierung wurde für die größte
Spaltweite der Dichtspitzen in der Deckbandkavität ausgelegt. Dies entspricht nicht der Konfiguration,
für die der Stator ursprünglich ausgelegt wurde. Das Ziel der in diesem Abschnitt
vorgestellten Studie war es jedoch, die Wirksamkeit von nicht-achsensymmetrischer Endwandkonturierung
bei der Reduzierung von leckageinduzierten Ablösegebieten zu demostrieren. Da
bei der größten Spaltweite auch die am stärksten ausgeprägte Sekundärströmung an der Nabe
zu erwarten war, wurde diese Konfiguration detailliert untersucht. Die Variation der Spaltweite
erfolgte in einem weiteren Schritt. Sie wird am Ende dieses Abschnittes diskutiert.
Eine Überlagerung der Nabengeometrien von Referenz und konturiertem Stator ist in Abb. 12.10
gezeigt. Die maximale Amplitude der harmonischen Perturbation tritt im vorderen Drittel der
Schaufelpassage auf. Sie beträgt 3,7 % der Schaufelhöhe und erreicht damit den höchsten Wert
aller hier vorgestellten Konturierungen. Das hohe Niveau der nicht-achsensymmetrischen Amplituden
fällt erst auf den letzten 25 % der axialen Sehenlänge ab und liegt an der Hinterkante
auf einem ähnlichen Niveau wie bei den Nabenkonturierungen des Rotors oder des nominalen
Stators des 1,5-stufigen Forschungsverdichters. Die Einzelheiten der Konturierung, insbesondere
die axialen Variationen der achsensymmetrischen Radiusänderung und der Phasenverschiebung
12.2. Nabenkonturierung bei einem Stator mit Deckbandleckage 75