Gestaltung von Radialspalt- und Seitenwandgeometrien an verstellbaren Axialverdichterstatoren

Wirkungsgradsteigerungen moderner Turbomaschinen machen dort auch zukünftig verstellbare Leitschaufeln unverzichtbar. Infolge komplexer Ringraumgeometrie entstehen bei der Schaufelverstellung betriebspunktabhängige Radialspalte, welche hinsichtlich Effizienzoptimierungen eine zunehmende Rolle spielen. Die vorliegende Arbeit charakterisiert die aerodynamischen

Mechanismen und das Potential von spezifischen radialen Teilspalt- und Seitenwandkonturgeometrien solcher Verstellstatoren.

Anders als bei durchgehenden radialen Spalten variiert der Einfluss der Teilspalte abhängig von deren axialer Position. Ein Teilspalt im hinteren Schaufelsehnenbereich erreicht reduzierte

Totaldruckverluste gegenüber einer spaltfreien Referenzbeschaufelung.

Dieser Vorteil vergrößert sich mit steigender Gitterbelastung und erhöht sich nochmals im Vergleich mit Konfigurationen eines vorderen Teilspaltes. Die Ergebnisse zeigen, dass die Position entlang der Sehne der wesentliche Einflussfaktor auf die Radialspaltcharakteristik ist, die Spaltlänge als auch deren radiale Variation spielen nur eine untergeordnete, quantitative Rolle. Auch die untersuchten modellhaften Seitenwandkonturen wirken sich aufgrund sekundärer geometrischer Einflüsse positiv auf Verlust und Gitterumlenkung in der Abströmung aus. Reduzierte Abmessungen der Teilspalte schwächen auch charakteristische Periodizitäten in Verbindung mit Spaltströmung bzw. resultierendem Spaltwirbel ab.

Diese Erkenntnisse erlauben aerodynamische Optimierungen der Geometrie eines spezifischen Statordesigns. Ebenso ergibt sich ein Anwendungspotential im Randbereich starrer Leitschaufeln.