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Deckbandleckage / Eintrittsmassenstrom
0.1%
Referenz
Mit Konturierung
Größter Spalt
Mittlerer Spalt
Kleinster Spalt
0.998 0.999 1.000 1.001 1.002 1.003 1.004 1.005
(P s,Aus /P t,Ein ) / (P s,Aus /P t,Ein ) Ref
(a) Variation des Leckagestromes
ξ
0.01
Referenz
Mit Konturierung
0.1%
Deckbandleckage / Eintrittsmassenstrom
(b) Sensitivität der Statorverluste
Abbildung 12.15.: Einfluss des Betrages des Dichtspitzenspaltes
beiden Statorvarianten führt. Bei gleichem Dichtspitzenspalt und Drosselgrad sind zwischen
Referenz und konturiertem Stator keine relevanten Unterschiede zu finden. Daraus kann geschlossen
werden, dass die der Konturierung zugeordneten Verlustreduktionen nicht über eine
Reduktion des Leckagemassenstromes erreicht wurden.
Ein weiterer Aspekt der Nabenkonturierung wird bei Betrachtung der Streuung der radialen
Totaldruckverlustverteilungen in Abb. 12.14 erkennbar. Bei verändertem Dichtspitzenspalt ist
die Verlustvariation des konturierten Stators geringer als bei der Referenzkonfiguration. Dies
kann auch als eine durch die Konturierung bewirkte Änderung der Sensitivität des Stators gegenüber
der Deckbandleckage interpretiert werden. Eine Darstellung dieser Sensitivität ist in
Abb. 12.15b gegeben. Der Graph zeigt die Abhängigkeit zwischen Verlustkoeffizient und der auf
den Gesamtmassenstrom bezogenen Deckbandleckage aller Konfigurationen bei Betrieb auf der
Arbeitslinie. Die Steigungen der eingefügten linearen Trendlinien zeigen die Leckagesensitivität
des Stators mit und ohne Konturierung an. In der Referenzvariante bewirkt eine Steigerung der
Leckage um 1 % des Gesamtmassenstromes eine Steigerung des Verlustkoeffizienten von etwa
7,5 % des dynamischen Druckes in der Stator-Eintrittsebene. Für den Fall des konturierten Stators
beträgt die Verluststeigerung 4,5 % des dynamischen Eintrittsdruckes. Es konnte also eine
relative Reduktion der Sensitivität um 46,6 % der Konturierung zugeordnet werden. Dies stellt
einen für den Einsatz in Flugtriebwerken wichtigen Aspekt der Konturierung dar. Auch in Fällen,
welche in ihrem Auslegungszustand keine signifikanten Rezirkulationsgebiete aufweisen, kann
durch eine 3D-Konturierung eine aerodynamische Verbesserung in Form von erhöhter Robustheit
erzielt werden.
Aus den in diesem Abschnitt präsentierten Ergebnissen kann geschlossen werden, dass nichtachsensymmetrische
Annuluskonturierung auch zur Reduzierung leckageinduzierter Ablösungserscheinungen
eingesetzt werden kann. Dies wurde hier nicht über eine Reduktion des Leckagemassenstromes,
sondern durch eine geänderte Interaktion zwischen Naben- und Schaufelgrenzschicht
erreicht. Zusätzlich zur verbesserten Umlenkung und gesteigertem Wirkungsgrad
ist auch ein Einfluss der Konturierung auf die Sensitivität des Stators gegenüber der Deckbandleckage
festzustellen.
80 12. Statoren