Radialverdichter im flexiblen Betrieb; Vorhaben Nr. 1443: Aerodynamische und akustische Untersuchung der Interaktion zwischen Laufrad, Diffusor und Spiralgehäuse in auslegungsfernen Betriebspunkten an einem repräsentativen Radialverdichter

Abstract

Im Projekt wurde das aerodynamische und akustische Verhalten eines industriellen Radialverdichters untersucht. Der Fokus lag dabei auf den Wechselwirkungen von Laufrad, Diffusor und Spiralgehäuse. Am Prüfstand der RWTH Aachen wurden drei Konfigurationen mit identischem Vorleitrad und Laufrad, jedoch unterschiedlichen Statorkomponenten getestet. Der Einbau eines beschaufelten Diffusors hat zwar Druckverhältnis und Wirkungsgrad erhöht, aber den stabilen Betriebsbereich durch verstärkte Strömungsablösungen eingeschränkt. Die Stromaufwirkung eines neu gestalteten Spiralgehäuse verbesserte die Diffusorabströmung leicht und führte zu einer moderaten Wirkungsgradsteigerung. Untersuchungen zu Instabilitäten in der Nähe der Pumpgrenzen verdeutlichten, dass der beschaufelte Diffusor Mild Surge unterdrückt, jedoch Rotating Stall begünstigt. Das neue Spiralgehäuse hat hingegen nur einen geringen Einfluss auf diese Instabilitäten. Akustische Messungen ergaben deutlich höhere Schallemissionen mit dem beschaufelten Diffusor infolge der zusätzlichen Interaktionen. Das neue Spiralgehäuse erhöhte den Schallleistungspegel geringfügig aufgrund des größeren Spiralquerschnitts und einer geringeren Umfangsinhomogenität im Diffusor. Numerische Untersuchungen zeigten Schwächen in der Simulation der Wechselwirkung von Laufrad und Diffusor sowie von Ablösungen im Diffusor, was die Notwendigkeit der stetigen Weiterentwicklung der numerischen Methoden unterstreicht.