Beeinflussung von Rotorspaltströmungen durch rotationssymmetrische Gehäusekonturen

Abstract

In der vorliegenden Arbeit wird eine Methode zur Eingrenzung der Radialspaltverluste von Verdichterrotoren durch eine wellenförmige Gehäusekonturierung präsentiert. Die Vorgehensweise wird anhand eines einfachen Optimierungsbeispiels vorgestellt. Die aerodynamischen Effekte der Gehäusekontur auf die Spaltströmung und den Spaltwirbel werden dargestellt und diskutiert. Durch die Interaktion der axialen Strömungskomponente mit dem welligen Gehäuseverlauf wird ein Druckpotential erzeugt, welches die Entstehung und Entwicklung des Spaltwirbels entscheidend verändert. Mit Hilfe eines eindimensionalen inkompressiblen Rankine Wirbelmodells wird analytisch die Theorie zur rotationssymmetrischen Gehäusekontur entwickelt. Der Einfluss des Rotationsverhältnisses, der Zuströmmachzahl und der Spalthöhe auf die physikalischeWirkungsweise der Gehäusekontur wird anhand der Theorie dargelegt und diskutiert.Weitere Anwendungsbeispiele zeigen die optimierte Gehäusekontur für eine Beschaufelung mit erhöhter Zuströmmachzahl und für eine kombinierte Optimierung der Blattspitzenprofilierung und der Gehäusekontur. Das Ergebnis des kombinierten Designansatzes wird schließlich erfolgreich auf ein numerisches Siemens Gesamtverdichtermodell angewendet.