Der Einfluss von Casing Treatments auf das Betriebsverhalten eines mehrstufigen Axialverdichters

Ziel der vorliegenden Arbeit ist es, mit Hilfe von experimentellen und numerischen Untersuchungen, den Einfluss von mehreren Casing Treatments auf die hinteren Stufen eines Axialverdichters zu untersuchen. Dazu werden moderne, von der MTU Aero Engines entwickelte Casing Treatments speziell für jeden Rotor eines 2,5-sufigen Axialverdichters angepasst. Der Verdichter ist so ausgelegt, dass die aerodynamischen Eigenschaften denen der hinteren Stufen eines modernen Hochdruckverdichters entsprechen. Im Fokus der Untersuchungen stehen zunächst sowohl die Auswirkungen auf das Betriebsverhalten, als auch auf die Schaufelumströmung. Dabei wird mit diversen stationären und instationären Messtechniken gezeigt, wie die Casing Treatments die Betriebsgrenze des Verdichters besonders bei hohen Drehzahlen erweitern und die Strömungsverhältnisse in den Gittern verändern. Um zusätzliche Konfigurationen analysieren zu können, werden ergänzend zu den Messungen umfangreiche CFD-Simulationen durchgeführt. So kann gezeigt werden, wie der Rotorradialspalt die Wirksamkeit der Casing Treatments beeinflusst. Darüber hinaus wird erläutert, welchen Einfluss die Casing Treatments auf das Verhalten des Verdichters an der Stabilitätsgrenze und die hier relevanten Strömungsphänomene (Rotating Stall) haben.

Im Folgenden werden zunächst wichtige physikalische Grundlagen, sowohl bezüglich des Verdichterbetriebs, als auch der Strömungsphänomene im Verdichter diskutiert. Darauf folgt ein Überblick über die zur Thematik der Casing Treatments veröffentlichen Literatur und entsprechend eine Einordnung der vorliegenden Arbeit. Der untersuchte Verdichter wird vorgestellt und die verwendeten messtechnischen und numerischen Methoden werden erläutert. Schließlich werden anhand der Ergebnisse das Betriebsverhalten und die Strömungsphänomene erläutert. In einem weiteren Ergebniskapitel wird dann auf die veränderte Stabilitätsgrenze eingegangen, bevor abschließend die Arbeit zusammengefasst wird.