Aerodynamische Schaufelanregung im stabilen Betriebsbereich und an der Stabilitätsgrenze eines Axialverdichters
R. Mailach, K. Vogeler
abstract:
Im gesamten Betriebsbereich von Turbomaschinen finden aerodynamische Wechsel-wirkungen durch die Nachläufe und die Potentialwirkung der relativ zueinander bewegten Lauf- und Leitschaufeln statt. Dadurch sind bereits in stabilen Betriebspunkten erhebliche Wechselbeanspruchungen an den Verdichterschaufeln zu verzeichnen. Für instabile Betriebszustände, die nach Überschreiten der Stabilitätsgrenze von Axialverdichtern auftreten (Rotierende Ablösung, Pumpen), ist ein erheblicher Anstieg der aerodynamischen Schaufelanregung zu verzeichnen. Durch aerodynamische Anregungen können kritische Schaufelschwingungen hervorgerufen werden. Dies kann zur Verringerung der Lebensdauer oder sogar zu einer Zerstörung einzelner Schaufeln bzw. der gesamten Beschaufelung führen. Aus diesem Grund ist es notwendig, die Kenntnis über die aerodynamische Anregung der Verdichterschaufeln im stabilen Betriebsbereich und während des Auftretens instabiler Strömungsformen zu verbessern.
Im vorliegenden Beitrag wird die experimentelle Untersuchung der instationären Profildruckverteilungen auf den Lauf- und Leitschaufeln des vierstufigen Niedergeschwindigkeits-Axialverdichters der TU Dresden vorgestellt. Die Untersuchungen wurden in verschiedenen Stufen des Verdichters und für verschiedene Betriebszustände durchgeführt. Auf der Grundlage der gemessenen Druckverteilungen sind die instationären aerodynamischen Schaufelkräfte bestimmt worden. Ziel dieser Untersuchungen ist es, zur Verbesserung des Verständnisses der physikalischen Mechanismen der aerodynamischen Schaufelanregung durch die Rotor-Stator-Interaktion sowie durch Strömungsinstabilitäten in mehrstufigen Verdichtern beizutragen. Ergebnisse werden für stabile Betriebspunkte, bei Überschreiten der Stabilitätsgrenze sowie während des Auftretens von Rotierender Ablösung präsentiert.
reference:
Deutscher Luft- und Raumfahrtkongress 2004, 20.-23. September, Dresden.