Einfluss des Stator-Radialspaltes auf die aerodynamische Auslegung von Hub-Treatments für subsonische Turboverdichter
Olivier Gand
Für Statoren ohne Deckbänder ist ein Radialspalt zwischen der Schaufel und der rotierenden Nabe vorhanden. Die resultierende Blockage beschränkt die Wirkungsgrade von Axialverdichtern. Hub Treatments (HTs) können in der Nabe unterhalb der Statorschaufeln zur Reduzierung dieser Blockage eingebracht werden. Deren Funktionalität besteht aus einer druckgetriebene Rezirkulation. Neben dem Betriebspunkt ändert die Spaltweite die Druckgradienten im wandnahen Bereich, was die Wirkung von HTs beeinflusst. Der Fokus der Arbeit liegt auf der Strömungsinteraktion zwischen HTs und Leitschlaufeln mit unterschiedlichen Radialspaltweiten. Dafür wurden numerische Simulationen an einem Axialverdichter durchgeführt. HTs als Axialnuten wurden eingesetzt und deren Funktionalität anhand einer Variation der Überdeckung des Stators überprüft. Zuerst wurde die Radialspaltvariation ohne HTs durchgeführt. Bei größeren Spaltweiten nimmt die Blockage zu und der Strömungskanal ist vollständig gesperrt. Diese Änderung der Topologie beeinflusst die Druckgradienten und die Rezirkulation der HTs. Instationäre Simulationen mit HTs für angedrosselte Betriebspunkte bestätigen eine spaltsensitive Funktionalität der Technologie. Eine Reduktion der Blockage für größere Spaltweiten erfordert eine Positionierung der HT-Hinterkante stromab von 40% der Gitterbreite. Nur mit dieser Überdeckung reichen die Druckdifferenzen über die Nutlänge für eine wirksame Absaugung von energiearmen Fluid. Für kleinere Spaltweiten ist die Spaltströmung schwächer und eine Positionierung der HT-Hinterkante stromauf von 30% der Gitterbreite ausreichend, um den Spaltwirbel abzuschwächen. Der Anteil der Rezirkulation, der durch die axialen Druckdifferenzen getrieben wird, fällt bei großen Spalten größer aus als bei kleinen Spalten. Für kleine Spaltweiten ist die Rezirkulation vermehrt von den Druckdifferenzen zwischen Druck- und Saugseite getrieben. Die Arbeit zeigt, dass eine spaltspezifische Auslegung von HTs nötig ist.
