DigiTecT "Digitalisierung und interdisziplinäre Auslegungstechnologien von Turbomaschinen für die Energiewende"; Teilvorhaben 2.1: Experimenteller Beitrag zur interdisziplinären Analyse von Einlaufstörungen in Radialverdichter-Einläufen

Abstract

In der Studie wurde der Einfluss einer gestörten Anströmung auf das Leistungsverhalten einer einstufigen Radialverdichterstufe untersucht. Experimentelle Untersuchungen mit zwei Störungskonfigurationen quantifizierten die Auswirkungen auf das Verdichterkennfeld und die Stabilitätsgrenze, die sich durch das Auftreten instationärer Strömungsphänomene auszeichnet. Die gewonnenen Datensätze stellen eine gute Grundlage zur Validierung von CFD-Setups dar. Die Erkenntnisse leisten einen Beitrag zur Entwicklung zukünftiger Verdichter mit erweitertem Betriebsflexibilitätsbereich. Für den Fall einer spannweitigen Störung am Stutzeneinlauf zeigte sich, dass die radiale Einlaufgeometrie eine effektive Ausmischung der Störung begünstigt. Die Strömungsführung hin zu einem kleineren Radius am Laufradeintritt führte zu einer Beschleunigung der Strömung, wodurch die Ausmischung stromab der Störung verstärkt wurde. Am Laufradeintritt konnte daher im Vergleich zur ungestörten Konfiguration keine signifikante Inhomogenität des Strömungsprofils festgestellt werden. Ein Einfluss auf die Leistungsdaten oder die Stabilitätsgrenze war nicht messbar. Im Gegensatz dazu führte die umfangsseitige Störung zu einer signifikanten Verringerung des Wirkungsgrads. Eine Verschiebung der Stabilitätsgrenze konnte nicht festgestellt werden, jedoch zeigten sich leicht veränderte Charakteristiken des Rotating Stalls. Diese Ergebnisse verdeutlichen die Sensitivität des Verdichters gegenüber Art und Orientierung der Anströmstörung und unterstreichen die Bedeutung realitätsnaher Randbedingungen in Auslegung und Simulation.