ISBN 9783843913409

978-3-8439-1340-9, Reihe Strömungsmechanik

Stefan Ubben
Experimentelle Untersuchung des Diffusorspalteinflusses in einem Radialverdichter mit variabler Leitradgeometrie

267 Seiten, Dissertation Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen (2013), Softcover, A5

Zusammenfassung / Abstract

Trotz des enormen Potenzials, das im Betrieb verstellbare Leitgeometrien für Radialverdichter in der industriellen Praxis bieten, existieren bisher kaum Unterlagen über Forschungsarbeiten zu den Einflüssen der dann notwendigen Axialspalte über den Diffusor-schaufeln. Das vorliegende Buch stellt aktuelle Forschungsergebnisse zur experimentellen Untersuchung dieses Spalteinflusses vor. Darin wird für relevante Diffusorgeometrieparameter das Betriebsverhalten der Verdichterstufe im Allgemeinen und die Diffusorströmung im Besonderen mit Hilfe konventioneller Sondenmesstechnik sowie der Particle Image Velocimetry detailliert untersucht.

Die Ergebnisse zeigen, dass ein einseitiger Axialspalt über den Diffusorschaufeln einer Radialverdichterstufe nicht zwangsläufig einen negativen Effekt auf das Betriebs- und Verlustverhalten des Verdichters haben muss, sondern stattdessen zu einem erhöhten Stufendruckverhältnis und einem verbesserten Wirkungsgrad beitragen kann. Entscheidend für den Spalteinfluss ist, ob und wie die Spaltüberströmung den durch die Jet-Wake-Struktur des Laufrades im Eintritt des Diffusors initiierten Halswirbel verstärkt. Dabei kommt es auf das Zusammenwirken der Diffusorgeometrieparameter an: Der Anstellwinkel der Diffusorschaufeln definiert die Fehlanströmung und legt damit das Potenzial für eine Belastung der Grenzschichten bzw. einer Strömungsablösung fest. Er bestimmt des Weiteren die Lauflänge entlang der Diffusorschaufeln im halbbeschaufelten Raum, der die Größe der für eine Spaltströmung wirksamen Druckdifferenz zwischen Druck- und Saugseite festlegt. Und schließlich wird mit dem Anstellwinkel gleichzeitig über das Seitenverhältnis b/h5 die Breite der Diffusorkanäle festgelegt und darüber entschieden, wie groß der von der Spaltüberströmung beeinflusste Bereich innerhalb der Kanalströmung ist. Daneben bestimmt natürlich die Spalthöhe den Spalteinfluss entscheidend, da sie zusammen mit der Druckdifferenz zwischen den Schaufelseiten die überströmende Fluidmenge steuert. Schließlich definiert der Radialspalt zwischen Laufradaustritt und Eintritt in die Diffusorbeschaufelung die Strömungsweglänge im schaufellosen Raum und legt damit die Halswirbelintensität des spaltlosen Diffusors fest.