Strömungsphänomene in einer ringförmigen Statorkaskade mit Tandembeschaufelung unter Berücksichtigung von Realgeometrieeffekten

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Dieter Peitsch, seit 1/2020
• Fachliche Zuordnung: Strömungs- und Kolbenmaschinen ; Strömungsmechanik
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 398359749

Mit Hilfe des hier beantragten Projektes sollen detaillierte Untersuchungen in einem ringförmigen Tandemgitter den Einfluss der Spaltströmung auf das Strömungsfeld und die damit einhergehenden Verlustquellen klären. Der Versuchsaufbau erlaubt eine Betrachtung des Einflusses der radialen Strömungseffekte auf die Durchströmung von hoch belasteten Tandem-Statoren, um ein tieferes Verständnis der vorherrschenden Strömungstopologie zu erlangen. Zunächst soll das Strömungsfeld von Tandemschaufeln detailliert ohne Wandspalt untersucht und mit dem Strömungsfeld von einer konventionellen Referenzbeschaufelung hinsichtlich einer gewünschten Drucksteigerung bzw. Verlustreduktion verglichen werden. Im zweiten Schritt werden ein Tandemgitter sowie das dazugehörige, konventionelle Referenzgitter mit einem Wandspalt ausgestattet. Das entstehende Strömungsfeld wird anschließend experimentell bei verschiedenen Spaltweiten untersucht. Die notwendigerweise im Verdichter auftretenden Spalte zwischen rotierenden und statischen Bauteilen (zwischen Rotor und Gehäuse, bzw. Stator und Nabe) sowie bei Teilspaltkonfigurationen (variable Statorschaufeln - VSV) können zu einem signifikanten Verlustanstieg führen. Das Verständnis der Spaltströmungstopologie ist somit von grundlegender Bedeutung zum Einen für die Vorhersage von Verlusten und zum Anderen für die Entwicklung von verlustreduzierenden Maßnahmen. Eine optimale Zugänglichkeit und messtechnische Ausstattung der Messstrecke ermöglicht eine gezielte Analyse des Einflusses des Schaufelspitzenspaltes auf die Ausprägung der Sekundärströmungen innerhalb des Strömungskanals. Um die in der realen Turbomaschine vorherrschenden Bedingungen noch stärker abzubilden, wird die Nabe unterhalb der Schaufelspitzen schließlich in Rotation versetzt. So kann der Einfluss der Nabenrotation auf das Strömungsfeld eines Tandemgitters und die zuvor detektierten Verlustquellen erstmalig ermittelt werden. Im Vordergrund der Untersuchungen steht insbesondere die Wechselwirkung zwischen den jeweiligen Sekundärströmungsanteilen im Radial- sowie Axialspalt der Tandembeschaufelung. Ziel der Untersuchungen ist es, die Effektivität von Tandemkonfigurationen für verschiedene Einsatzbereiche innerhalb des Verdichters abschätzen zu können.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Ehemalige Antragstellerin: Dr.-Ing. Christine Tiedemann, bis 12/2019