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TU Berlin

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Dissertationen

Stabilität des stehenden Ringgitters
Zitatschlüssel ulbricht_diss_2002
Autor Iris Ulbricht
Jahr 2002
DOI 10.14279/depositonce-412
Ort Berlin
Monat Juni
Herausgeber DepositOnce - Institutional Repository for Research Data and Publications of TU Berlin
Wie herausgegeben In Copyright: http://rightsstatements.org/vocab/InC/1.0/
Schule Technische Universität Berlin
Zusammenfassung Zur Untersuchung der instationären Strömungsmuster im Verdichtergitter wurde ein axialer Verdichterringgitterkanal ausgelegt, konstruiert und aufgebaut. Hierbei war besonders die Generierung und Untersuchung von rotierenden Strukturen von Interesse. Die Messungen wurden im wesentlichen mit piezoresistiven Druckaufnehmern durchgeführt. Die Auswertungen fanden im Frequenzbereich statt. Darüber hinaus wurden in einigen Betriebspunkten Anstrichvisualisierungen durchgeführt, um das dreidimensionale, stationäre Strömungsfeld in der Ringgittermeßstrecke zu untersuchen. Es gelang, am Ringgitter verschiedene aus der Maschine bekannte Instabilitätsphänomene zu erzeugen und zu vermessen. Die Phänomene traten in Abhängigkeit von der Anstellung und der Reynoldszahl auf und waren jeweils auf einen charakteristischen Anstellwinkelbereich beschränkt. Einerseits wurden Anlagenresonanzen der Meßstrecke und der Anbauten beobachtet. Diese traten sowohl axial als auch in Umfangsrichtung auf. Andererseits wurden Druckschwankungen gemessen, die auf aerodynamische Instabilitätsphänomene schließen ließen. Bei erhöhter Anstellung konnten am Ringgitter die aus Maschinen mit großen Spaltweiten bekannten rotierenden Instabilitäten beobachtet werden. Unter rotierenden Instabilitäten stellt man sich eine umlaufende Quelle für Druckschwankungen vor. Das gemessene Drucksignal ist moduliert im Gegensatz zum typischen der bekannteren rotierenden Ablösung. Denn unter rotierender Ablösung versteht man im allgemeinen lediglich eine rotierende Verblockung. Für sehr hohe Anstellungen konnten am Ringgitter die aus der Maschine bekannten Spinning modes beobachtet werden. Bei diesem Instabilitätsphänomen regt eine aerodynamische Quellfrequenz einen Umfangsmode des Ringkanals an. Im Resonanzfall werden die Amplituden der Systemantwort sehr groß und können daher die aerodynamische Quelle, zum Beispiel eine Wirbelablösung von den Schaufelhinterkanten, beeinflussen. Es wird ein vermeintlich umlaufendes Signal beobachtet, da die Strömung in Umfangsrichtung phasenversetzt von den Schaufeln ablöst. Die Kopplung von Aerodynamik und Akustik kann zu hohen Lärmpegeln und bei schlechter dynamischer Auslegung zu Schaufelbrüchen führen. In der vorliegenden Arbeit wurden erstmals rotierende Instabilitäten in einem stehenden Gitter beobachtet und untersucht. Die rotierenden Instabilitäten gehen wie im Rotor mit einem Ablösen der Nabengrenzschicht einher. Die Ablöselinie ist im stationären Strömungsfeld nachweisbar und befindet sich beim untersuchten Ringgitter auf der Nabenwand etwa eine Viertel Sehnenlänge vor den Schaufelvorderkanten. Bereits im stationären Strömungsfeld konnte ein Transportmechanismus in Umfangsrichtung nachgewiesen werden. Spinning modes wurden zwar bereits an Statoren von Verdichter- bzw. Ventilatorstufen beobachtet, aber in der vorliegenden Arbeit wird erstmals der Nachweis erbracht, daß sie auch an einem isolierten, stehenden Gitter auftreten. Darüber hinaus wurden erstmals rotierende Instabilitäten an einem Stator eines einstufigen realen Verdichters gemessen.
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