Numerische Vorhersage der aerodynamischen Dämpfung während des Verdichterpumpens bei niedrigem Frequenzverhältnis

Abstract

Flatteruntersuchungen im stabilen Betriebsbereich gehören bereits seit Jahren zu den Standardanalysen, aber auch im instabilen Betriebsbereich, wie beim Verdichterpumpen, kann es zum Flattern und damit verbunden zur Beschädigung der Schaufeln kommen. Die Numerische Vorhersage der aerodynamischen Dämpfung während des Verdichterpumpens ist dabei mit einigen zusätzlichen Anforderungen verbunden. Vier dieser Anforderungen stehen im Fokus dieser Arbeit. Dabei sind bereits vier Methoden bekannt um das Flatterverhalten beim Pumpen vorherzusagen. Die FTM erfüllt als einzige Methode alle betrachteten Anforderungen und dient daher in dieser Arbeit als Referenzmethode. Die FTM hat aber auch den höchsten numerischen Aufwand aller Methoden und ist für eine schnelle Bewertung ungeeignet. Die anderen Methoden haben einen deutlich geringeren numerischen Aufwand, erfüllen aber nicht alle Anforderungen, was zu Fehlern in der Vorhersage führen könnte. Zwei der übrigen Methoden sind ungeeignet. Die letzte Methode wurde nur für ein hohes Frequenzverhältnis zwischen Schaufelschwingfrequenz und Pumpfrequenz entwickelt, wobei unklar ist, wie hoch das Frequenzverhältnis sein muss. Für diese Methode sollte ermittelt werden ob sie auch bei niedrigeren Frequenzverhältnissen und während aller Pumpphasen gute Ergebnisse liefert und damit für eine schnelle Bewertung geeignet ist. Die Ergebnisse haben gezeigt, dass die Pumpphase auf die Anwendbarkeit der Methode einen deutlich höheren Einfluss als das Frequenzverhältnis hat. Während Pumpphasen mit hohen Änderungsraten, wie Strömungszusammenbruch und Regeneration ist die Methode nicht anwendbar, auch nicht bei hohem Frequenzverhältnis. Bei Pumpphasen mit niedriger Änderungsrate, wie Druckaufbau und Rückströmung ist die Methode auch bei niedrigen Frequenzverhältnissen anwendbar. Unter der Annahme, dass die Rückströmphase die kritischste Pumpphase ist, lässt sich daraus schlussfolgern, dass die Methode für schnelle Abschätzungen unabhängig vom Frequenzverhältnis eingesetzt werden kann, wobei die Ergebnisse durch weitere Testfälle bestätigt werden sollten.