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Referenz, kleinster Spalt<br />
Referenz, mittlerer Spalt<br />
Referenz, größter Spalt<br />
Mit Konturierung, kleinster Spalt<br />
Mit Konturierung, mittlerer Spalt<br />
Mit Konturierung, größter Spalt<br />
0.05<br />
ξ<br />
0% 20% 40% 60% 80% 100%<br />
H<br />
Abbildung 12.14.: Totaldruckverlust des Stators mit und ohne Konturierung für verschiedene<br />
Dichtspitzenspalte in der Deckbandkavität<br />
namische Robustheit der durch die Konturierung bewirkten Verbesserungen zu gewinnen. Ein<br />
erster Überblick über die Ergebnisse der zusätzlichen Simulationen kann aus Abb. 12.14 gewonnen<br />
werden. Der Graph zeigt radiale Verteilungen des Totaldruckverlustkoeffizienten im Stator<br />
der ersten Stufe für alle untersuchten Konfigurationen des mehrstufigen Niedergeschwindigkeitsverdichters.<br />
Der Betriebspunkt liegt jeweils auf der Arbeitslinie. Beim höchsten Wert der<br />
Dichtspitzenspalte wurde der Druckverlust auf den unteren 40 % der Schaufelhöhe durch die<br />
Nabenkonturierung signifikant reduziert. Dies ist konsistent zu den bereits diskutierten Wirkungsgradsteigerungen<br />
und Drallwinkeländerungen. Mit geringerer Spalthöhe sinken die an<br />
der Nabe entstehenden Verluste, und zwar sowohl für die Referenz als auch für den konturierten<br />
Stator. Dies ist eine Folge der reduzierten Deckbandleckage, welche bei verkleinerten<br />
Spalten die Nabengrenzschicht in geringerem Umfang stört. Allerdings ist die Verlustreduktion<br />
bei den beiden Statorvarianten nicht gleich. Bei mittlerer Spalthöhe zeigt die konturierte Variante<br />
eine geringere Verlustreduktion gegenüber der Referenz als dies beim höchsten Spaltwert<br />
der Fall war. Beim geringsten Wert der Dichspitzenspalte ist mit Konturierung sogar eine Verluststeigerung<br />
zwischen 0 % und 30 % der Schaufelhöhe zu erkennen.<br />
Es könnte nun zwar argumentiert werden, dass diese durch die Konturierung verursachte<br />
Verluststeigerung durch eine Einbeziehung des Falles mit vermindertem Dichtspitzenspalt in<br />
den Auslegungsprozess wahrscheinlich hätte verhindert werden können. Die hier gemachte<br />
Beobachtung demonstriert jedoch auch ein weiteres mal die zentrale Eigenschaft nichtachsensymmetrischer<br />
Annuluskonturierung, nämlich die Unterdrückung wandnaher Rückströmgebiete.<br />
Wenn, wie im Fall des Referenzstators mit der geringsten Spaltweite, nur ein<br />
geringes Verbesserungspotenzial in Form eines Rezirkulationsgebietes zur Verfügung steht, ist<br />
die durch eine Konturierung maximal erreichbare Verbesserung ebenfalls gering. Einige weitere<br />
Aspekte der am Stator wirkenden Verlustmechanismen können Abb. 12.15a entnommen<br />
werden. Gezeigt ist die Abhängigkeit zwischen dem Betrag der auf den Eintrittsmassenstrom<br />
bezogenen Deckbandleckage und dem Drosselgrad des Stators, welcher über das mit dem<br />
Eintritts-Totaldruck und dem statischen Druck in der Austrittsebene gebildete „Statisch-zu-<br />
Total“-Druckverhältnis der Schaufelreihe dargestellt wurde. Bei Verkleinerung der Spalthöhe<br />
sinkt auch der Leckagemassenstrom, was zu den bereits erwähnten Verlustreduktionen bei<br />
12.2. Nabenkonturierung bei einem Stator mit Deckbandleckage 79