Instationäre Strömung und Betriebsverhalten eines mehrstufigen Triebwerk-Hochdruckverdichters beim Pumpen
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Beschreibung
In einem gemeinschaftlichen Forschungsprojekt zwischen der Firma MTU Aero Engines
und dem Institut für Strahlantriebe und Turboarbeitsmaschinen der RWTH Aachen wurde die instationäre Strömung während des Pumpens experimentell untersucht. Für diesen Zweck entwickelte und fertigte das Institut eine neuartige Strömungssonde, die eine transiente Messung des zweidimensionalen Geschwindigkeitsvektors unabhängig von der Anströmrichtung der Sonde ermöglicht. Zur Temperaturmessung wurde erstmalig ein schnelles Thermopaar im Sondenkopf integriert. Mit dieser Sonde wurde der hoch dynamische Prozess des Pumpens an einem mehrstufigen Axialverdichter untersucht.
Die Messungen geben Aufschluss über die Strömungszustände in allen Phasen des Pumpzyklus. In der Phase des Strömungsabrisses konnte die Verzögerung der Strömung auf eine Axialgeschwindigkeit von Null gezeigt werden (Shut-Off-Punkt). Im Anschluss setzt die Rückströmung ein, die bei Betrachtung der Strömungswinkel und Machzahlen einen quasi-stationären Strömungszustand zeigt. In dieser Phase trifft die Strömung nahezu senkrecht auf die Hinterkante der Rotorschaufel, wodurch sehr geringe Axialgeschwindigkeiten auftreten. Die Temperaturmessung zeigt, dass der Rotor dem Fluid bei Rückströmung weiterhin Arbeit zuführt, die aufgrund des geringen Wirkungsgrads zu einer Temperaturerhöhung des Fluids führt. Das Wiederanlegen der
Strömung erfolgt durch eine abrupte statische Druckdifferenz, die zwischen Rotorvorder- und Hinterkante entsteht. Hierdurch wird die Strömung in Axialrichtung beschleunigt, wodurch sie wieder am Profil anlegt. Die Variation der Drehzahl zeigt den klassischen Übergang vom "classic surge" zum "deep surge", wenn die Drehzahl gesteigert wird.
Autor*in
Phillip Waniczek