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Referenz
Mit Konturierung
Referenz
Mit Konturierung
5.0 Grad
5.0 Grad
Drallwinkel
Drallwinkel
0% 20% 40% 60% 80% 100%
H
(a) Eintritt
0% 20% 40% 60% 80% 100%
H
(b) Austritt
Abbildung 12.12.: Radiale Drallwinkelverteilung des ersten Stators im Arbeitslinienpunkt
lichen Effekt auf den ersten Rotor. Dies kann auch als Erklärung für die Beobachtung gesehen
werden, dass die Totaldruckcharakteristik der ersten Stufe zwar hin zu höheren Druckverhältnissen
verschoben wird, sich ihre Steigung aber nur in geringem Umfang ändert. Während es
in dem hier betrachteten Fall also keine starke Stromaufwirkung der Konturierung gibt, ist ein
deutlicher Einfluss auf die stromab des ersten Stators gelegenen Schaufelreihen zu beobachten.
Bei der Variante mit konturiertem Stator steigt der maximale Wirkungsgrad der zweiten Stufe
um 0,5 % ∆η p . Die Totaldruckcharakteristik zeigt einen steileren Verlauf und verhält sich damit
analog zur Charakteristik des Gesamtverdichters. Diese Phänomene wurden durch zwei Effekte
verursacht. Zum einen wächst bei der konturierten Variante die Blockage an der Nabe über
den ersten Stator hinweg weniger stark an. Dies resultiert in einer geringeren Grenzschichtdicke
am Eintritt in den Rotor der zweiten Stufe, welche sich positiv auf den Totaldruckverlust
im Nabenbereich beider Schaufelreihen der zweiten Stufe auswirkt. Zum anderen erreicht der
konturierte Stator eine größere Umlenkung als der Referenzstator, wie in Abb. 12.12b zu sehen
ist. Der gezeigte Betriebspunkt entspicht der Austrittsmassenstromfunktion der Referenz
beim Betrieb auf der Arbeitslinie und ist für beide Konfigurationen in Abb. 12.11a markiert. Bei
gleichem Eintrittsdrallwinkel wurde der Abströmwinkel des konturierten Stators um bis zu vier
Grad reduziert. In Analogie zu einem Stator mit variablem Staffelungswinkel entspicht dies einem
Öffnen der Schaufelreihe, für das eine steilere Charakteristik und höheres Druckverhältnis
der stromab gelegenen Stufe typisch sind. Neben der modifizierten Blockage besteht also der
zweite wesentliche Effekt der Konturierung in einer Änderung der Stufenabstimmmung.
Die in Abb. 12.13a und 12.13b gezeigten roten Isoflächen mit v ax =0 bestätigen, dass auch
für den Fall eines Stators mit Deckbandleckage die Größe eines wandnahen Rückströmgebietes
durch nicht-achsensymmetrische Nabenkonturierung reduziert werden kann. Relativ zur
Referenz weist das Rückströmgebiet beim konturierten Stator eine geringere Ausdehnung in
Radial- und Umfangsrichtung auf. Außerdem ist zu erkennen, dass die Rezirkulation in beiden
Fällen nicht an der Schaufelsaugseite, sondern innerhalb der Passage als Ablösung der Nabengrenzschicht
beginnt. Von dort ausgehend dehnt sich das Gebiet in Umfangsrichtung hin zur
Schaufelsaugseite und radial hin zur Kanalmitte aus. Es ist wichtig zu bemerken, dass im
12.2. Nabenkonturierung bei einem Stator mit Deckbandleckage 77