Experimentelle Untersuchung der Turbinenleitradströmung unter Variation des Radialspaltes des vorgeschalteten Laufrades

Betreuer: Dr.-Ing. B. Stephan

Für die heutige Auslegung mehrstufiger Turbomaschinen werden Through-Flow Rechenverfahren eingesetzt. Darin erfolgt die Berechnung strömungsmechanischer Verluste durch Modelle, die aus zahlreichen Experimenten entwickelt wurden. Der Einfluß der instationären Wechselwirkung zwischen stehenden und drehenden Gitterreihen wird darin jedoch nicht oder nur unvollständig berücksichtigt. Da die instationären Effekte erheblichen Einfluß auf Schaufelbelastung, Wärmeübergang und Verlustentstehung haben, besteht hier ein großes Potential zur weiteren Optimierung der aerodynamischen Komponenten in der Auslegungsphase.

Der Einfluß der periodisch-instationären Rotorabströmung auf das nachgeschaltete 2. Leitrad ist Ziel der Untersuchungen. Besonders die zeitliche und räumliche Entwicklung der aus dem Rotor abschwimmenden Wirbelsysteme soll im und hinter dem Kanal des 2. Leitrades vermessen werden. Schwerpunkt der Untersuchungen ist die Beobachtung und Dokumentierung der Entwicklung des Radialspaltwirbels und sein Einfluß auf die Ausbildung von Sekundärströmungsphänomenen. Die detaillierten Messungen dienen der Kontrolle und Weiterentwicklung moderner Berechnungs- und Auslegungsverfahren.

Für die zwei zu untersuchenden Rotorspaltweiten (0.7 mm und 1.0 mm) sind intensive Messungen der Rotor- und Leitradabströmung durchgeführt worden. Die Ergebnisse geben einen detaillierten Einblick in die Physik der komplizierten instationären Strömungsvorgänge der Laufrad-Leitrad-Interaktion und bilden eine umfassende Datenbasis für numerische Simulationen. Sie zeigen deutlich den weitreichenden Einfluß der Spaltströmung auf die Kernströmung mit größer werdendem Rotorspalt. Besonders hervorzuheben ist die Interaktion des Spaltwirbels mit dem oberen Rotorkanalwirbel und resultierend daraus dessen Verlagerung zur Druckseite.

Anhand der erzielten Ergebnisse können genauere und aussagekräftigere Modelle zur Beschreibung der instationären Strömungsvorgänge in einer mehrstufigen Turbomaschine erstellt werden. Durch die Implementierung dieser Modelle werden die von der Industrie eingesetzten Auslegungsverfahren weiterentwickelt und verbessert.

Weitere Informationen

Sekundärströmung hinter dem Rotor, Relativsystem [avi-Film 864kB]
Sekundärströmung hinter dem Rotor, Relativsystem
Sekundärströmung hinter 2. Leitrad, Absolutsystem [avi-Film 1618kB]
Sekundärströmung hinter 2. Leitrad, Absolutsystem