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TU Berlin

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Dissertationen

Potentialbewertung einer Verdichterlaufschaufelverstellung in Gasturbinen
Zitatschlüssel sauer_diss_2021
Autor Tim Sauer
Jahr 2021
DOI 10.14279/depositonce-12514
Ort Berlin
Monat Dezember
Herausgeber DepositOnce - Institutional Repository for Research Data and Publications of TU Berlin
Wie herausgegeben Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International CC BY-NC-ND 4.0
Schule Technische Universität Berlin
Zusammenfassung Zur Bewertung des Potentials einer Verdichterlaufschaufelverstellung wurden am Beispiel des Niederdruckverdichters des V2500-A5 Triebwerks der Einfluss auf die Effizienz, die Agilität und die Stabilität betrachtet. Hierzu wurde eine Modellumgebung implementiert, die durch die Verknüpfung eines Mittelschnitt-, eines Synthese- und eines Missionsmodells die zugrundeliegenden Mechanismen sowohl gitterspezifisch als auch holistisch abbildet. Der Einfluss der Rotorblattverstellung wird hierin unter besonderer Berücksichtigung der radialspaltinduzierten Verluste durch eine parametrisierte Geometrietransformation modelliert. Zur Identifikation möglicher Mehrwerte dieser Technologie wurden Optimierungsstudien unter Variation der Schaufelverstellwinkel umgesetzt. So konnte zum einen ein stationäres Verstellgesetz formuliert werden, welches sowohl den isentropen Verdichterwirkungsgrad im operativen Bereich auf Auslegungsniveau hebt als auch den möglichen Betriebsbereich nahezu verdoppelt und somit ein Abblassystem obsolet werden lässt. Die Bewertung auf Missionsebene zeigt jedoch, dass allein für Flugreichweiten von bis zu 2.300 km Einsparungen des mittleren spezifischen Brennstoffverbrauchs von mehr als 0,1 % erzielt werden können. Zum anderen wurde ein transientes Verstellgesetz formuliert, welches eine Reduktion der Beschleunigungszeit um 6,4 % bei einer exemplarischen Beschleunigung nach CS-E 745 ermöglicht. So zeigt sich, dass durch eine anfängliche Entdrosselung der Rotoren eine raschere Drehzahlsteigerung und durch die anschließende moderate Androsselung ein insgesamt steilerer Schubgradient realisiert werden kann. Da eine Verdichterlaufschaufelverstellung in Konkurrenz zur BLISK- und Getriebefantechnologie steht, wird sie in Triebwerken aufgrund der geringen Effizienzgewinne nur unter Vorbehalt als durchsetzungsfähig erachtet. Demgegenüber ist eine Anwendung in einer stationären Gasturbine durch den erheblichen Wirkungsgradvorteil im Teillastbereich denkbar.
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