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14 Auslegung und Parameter der
Gehäusestrukturierung
Anders als bei der nicht-achsensymmetrischen Endwandkonturierung stand bei der Auslegung
der Gehäusestrukturierung nicht die Steigerung des Wirkungsgrades bei Betrieb des Verdichters
auf der Arbeitslinie, sondern die Erweiterung des stabilen Arbeitsbereiches im Vordergrund. In
Analogie zu den Auslegungskriterien der Endwandkonturierung war es jedoch nicht akzeptabel,
für eine höhere Stabilitätsgrenze Einbußen beim Wirkungsgrad in Kauf zu nehmen. Zusätzlich
sollten weitere Kriterien wie einfache Herstellbarkeit oder geringer Bauraum beachtet werden.
Ferner war eine möglichst geringe Anzahl von Entwurfsparametern anzustreben.
Als Bauform für die Gehäusestrukturierung wurde die einzelne Umfangsnut ausgewählt. Eine
schematische Darstellung der Nut ist in Abb. 8.1b gegeben. Wie schon in Abschnitt 7.2.1
erwähnt, handelt es sich dabei um eine Bauform, welche relativ zu ihrer Größe eine gute Stabilitätserweiterung
liefern kann. Die Nut kann durch Drehen hergestellt werden, was einfache und
genaue Herstellbarkeit begünstigt. Da es sich um eine umfangssymmetrische Geometrie handelt,
kann die Auslegung mittels stationärer Einpassagenmodelle durchgeführt werden. Dies hält den
Rechenaufwand zur Auslegung der Gehäusestrukturierung in akzeptablen Grenzen.
Die Auslegung der Gehäusestrukturierung erfolgte in einem iterativen Prozess, der auf der finalen
Variante des 1,5-stufigen Forschungsverdichters aufbaute. Für jede CT-Variante wurden zwei
Betriebspunkte simuliert, der Auslegungspunkt und ein Punkt nahe Stall. Das Simulationsgebiet
umfasste den gesamten Verdichter samt Einlaufstrecke. Es wurde nicht versucht, das jeweilige
numerische Stabilitätslimit der einzelnen Varianten zu detektieren. Die verschiedenen Entwürfe
wurden vielmehr anhand einer Reihe von Kriterien bewertet, die aus den beiden berechneten
Betriebspunkten abgeleitet wurden. Der Wirkungsgrad im Auslegungspunkt, die Änderung des
Durchsatzes im Auslegungspunkt sowie die Steigung der Charakteristik sind hier hervorzuheben.
Letztere wurde als Indikator für die Stabilitätserweiterung genutzt. Die im Rahmen dieser
Studie ausgelegte einzelne Umfangsnut war um 45 Grad stromauf geneigt. Sie war im vorderen
Drittel der Rotorspitze positioniert. Die axiale Öffnung der Nut betrug 10 % der axialen Sehnenlänge
an der Rotorspitze. Die radiale Höhe hatte den gleichen Betrag.
Die Ergebnisse für den 1,5-stufigen Forschungsverdichter werden in Abschnitt 15 diskutiert. Für
die in Abschnitt 16 beschriebenen Untersuchungen mit anderen Verdichterrotoren wurde keine
erneute iterative Auslegung durchgeführt. Die Gründe für dieses Vorgehen sind am Anfang des
Kapitels aufgeführt.
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