An experimental
investigation of a multi-stage compressor near surge conditions
Diplomarbeit von
Willy
Hofmann [TU-Berlin]
Betreuung durch
Dr. F. Kameier
[BMW Rolls-Royce]
T. Schnittfeld
[BMW Rolls-Royce]
Prof. Dr.-Ing.
F. Thiele [TU-Berlin]
Abstract
Die Leistungsgrenze mehrstufiger axialer
Hochdruckverdichter wird maßgeblich durch aerodynamische Instabilitäten
begrenzt. Zur Sicherstellung der Betriebsfähigkeit ist in Flugtriebwerken
ein hinreichend großer Abstand zur Pumpgrenze gefordert, der anhand
experimenteller Untersuchungen ermittelt wird.
In der vorliegenden Arbeit werden Ergebnisse
einer Untersuchung zum Auftreten aerodynamischer Instabilitäten an
der Stabilitätsgrenze eines mehrstufigen axialen Hochdruckverdichters
vorgelegt. Die Ergebnisse basieren auf der Analyse kontinuierlich und niederfrequent
abgetasteter Daten (transient), so daß auch geringe Betriebspunktschwankungen
zu erkennen sind. Die zeitliche Entwicklung zum Beispiel der Druck- und
Temperaturverteilungen in radialer Richtung sowie stufenabhängige
Kenngrößen ermöglichen eine detailierte Analyse der Messungen.
So hat sich gezeigt, daß thermische Einflüsse die radiale Kopfspaltweite
und damit das Betriebsverhalten in ausgezeichneten Betriebsbereichen deutlicher
beeinflussen als erwartet. Problembereiche der Schaufelauslegung mehrstufiger
Hochdruckverdichter sind jedoch nicht alleine die Randbereiche an Blattspitze
und Nabe, sondern liegen unter exponierten Betriebsbedingungen durchaus
auch in Mitte der Schaufelhöhe. Es wird außerdem gezeigt, daß
mit Hilfe der transienten Meßdaten das Wirkungsgradmaximum sehr zuverlässig
bestimmt werden kann.
Zur Auswertung transienter Daten sind
leistungsfähige Workstations mit geeigneter grafischer Software notwendig,
weswegen die hier vorgestellte Vorgehensweise der Analyse experimenteller
Meßdaten nicht durchweg Anwendung findet.
Transient data
acquisition is used for safety recording at all investigated BR 700 HPC
Rigs on VP18 in Munich. This investigation shows the advantage of transient
data over standard steady state data. The analysis of transient data shows
higher efficiency of 0.25 percent points as well as not steady state operating
conditions while averaging the steady state events at high compressor loading.
The influence of tip clearance variation caused by the different thermal
reaction of casing and rotor blade structure is not visible in steady state
data. The effect of a changing tip clearance width on compressor stability
can not be neglected.
In according with
the dynamic data analysis the transient data analysis shows similar results
for flow instabilities near surge conditions.
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Last modified: Thu Apr 23 12:03:43 CEST 1998