Experimentelle Untersuchungen zur Kühlluftausblasung am ebenen Turbinengitter mittels PIV und QLS

Abstract

Durch die stetige Steigerung der Turbineneintrittstemperatur ist die Kühlung der hochbelasteten Turbinenkomponenten in modernen Gasturbinen unumgänglich. In der vorliegenden Arbeit wird eine Vorrichtung zum Impfen bzw. Seeden der ausgeblasenen Kühlluft am Windkanal für Ebene Gitter Göttingen erarbeitet und umgesetzt. Die QLS-Messungen am untersuchten Statorprofil mit Hinterkantenausblasung zeigen die konstante Abnahme der maximalen Kühlluftkonzentration in Strömungsrichtung bei gleichzeitig zunehmender Breite des Kühlluftmassenstroms. Anhand der PIV-Messungen ist die Reduzierung des Hinterkantenstoßes im Überschall durch das Ausblasen der Kühlluft zu beobachten. Die Profilverluste nehmen ab. Aus dem Vergleich mit einer numerischen Simulation folgt eine Übereinstimmung der grundsätzlichen Strukturen. Die maximale, relative Abweichung beträgt 8,6%. PIV-Messungen am zweiten untersuchten Profil, ein Rotorprofil mit saugseitiger Kühlluftausblasung, zeigen eine durch die Kühlluftausblasung verursachte Ablösung der saugseitigen Strömung. Zusätzliche Verluste werden durch einen direkt vor der Kühlluftausblasung entstehenden Verdichtungsstoß verursacht. Die untersuchten Ausblaseraten von 1% und 2% erwiesen sich damit für eine effektive Filmkühlung als zu hoch.