Axialverdichter

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Der 2,5-stufige Axialverdichter wurde in Kooperation mit der MTU Aero Engines AG in Anlehnung an Hochdruckverdichter moderner Triebwerke aufgebaut. Die Beschaufelung ist mit einem großen Schaufelhöhenseitenverhältnis (engl. High Aspect Ratio, HAR) zur Verringerung des axialen Bauraums ausgeführt. So können bei gleicher axialer Baulänge mehr Stufen mit höheren Druckverhältnissen und damit gesteigertem Wirkungsgrad eingesetzt werden.

 

Technische Daten

  1. Stufenanzahl: 2,5
  2. Max. Totaldruckverhältnis: >2
  3. Max. Leistung: 1.600 kW
  4. Max. Drehzahl: 18.000 U/min
  5. Max. Massenstrom: 13 kg/s
  6. Schaufelschwingungsmesssystem
  7. Zugänge für Traversiersonden in allen Axialspalten
 

Prüfstandsaufbau

Der Verdichter besteht aus einem Vorleitrad sowie zwei nachfolgenden Stufen (Laufrad und Leitrad). Die Auslegung des Verdichters orientiert sich an den Anforderungen an einen Hochdruckverdichter für Triebwerksanwendungen. Bei einem Massenstrom von ca. 13 kg/s kann mit dem Verdichter ein Totaldruckverhältnis von über zwei erreicht werden.

Zur Bestimmung des Betriebspunktes und des Gesamtwirkungsgrades des Verdichters werden Rechen mit Totaldruck- und Totaltemperaturmessstellen im Ein- und Austritt eingesetzt. Neben den Ein- und Austrittsrechen sind auch Vorderkanteninstrumentierungen an den Statoren verbaut.

Der Prüfstand ist als geschlossener Kreislauf aufgebaut. Dies erlaubt es, den Totaldruck und die Totaltemperatur am Eintritt des Verdichters unabhängig von den Umgebungsbedingungen einzustellen. Somit können Betriebspunkte sehr exakt reproduziert und die für das Experiment geforderten Eintrittsbedingungen eingestellt werden.

Die vom Verdichter zugeführte Energie wird der Strömung durch einen Wasser-Luft-Kühler stromab der Teststrecke wieder entzogen.

Der Betriebspunkt des Verdichters wird durch die Drehzahl und den Gegendruck eingestellt. Zur Variation des Gegendrucks wird ein Drosselsystem, bestehend aus einer Grob- und einer Feindrossel, genutzt. Mit der Feindrossel verfügt der Prüfstand auch über eine Schnellöffnung, sodass der Verdichter in kritischen Betriebszuständen, z.B. Verdichterpumpen, schnell entlastet wird und Beschädigungen vermieden werden können.

Zur Bestimmung des Massenstroms wird eine kalibrierte Venturidüse eingesetzt.

Ansprechpartner

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Tim Widera

Telefon

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+49 241 80 99691

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Forschungszwecke

Die übergeordneten Forschungsziele des aktuellen Aufbaus sind die Bewertung der Wirksamkeit der 3D-Gestaltungsmaßnahmen sowie des Potenzials der HAR-Beschaufelung für neue Triebwerksanwendungen. Weitere aktuelle Forschungsthemen erstrecken sich über die Aerodynamik, Aeroelastik und Aeroakustik von mehrstufigen Verdichtern.

Aerodynamik

  • Bewertung des HAR-Design und der 3D-Gestaltung der Beschaufelung mit Hinblick auf Wirkungsgrad und Kennfeldbreite
  • Vermessung von Transition und Turbulenz in einem mehrstufigen Verdichter mithilfe von Hitzdrahtmessungen in allen Axialspalten sowie Oberflächenheißfilmgebern

Aeroelastik

  • Flattern bei Pumprückströmung: Bewertung des Einflusses von gezieltem Mistuning auf die Flattergefährdung von Blisken mit geringer aerodynamischer und mechanischer Dämpfung
  • Zeitlich hochaufgelöste Vermessung des aerodynamischen und aeroelastischen Verhaltens von Blisk und Verdichter während des gesamten Pumpzyklus‘. Darauf aufbauende Validierung der numerischen Vorhersage.

Aeroakustik

Vermessung von (akustischen) Azimutalmoden in allen Axialspalten des Verdichters mittels instationärer, gehäusebündiger Druckaufnehmer. Studien haben gezeigt, dass akustische Druckschwankungen einen nicht zu vernachlässigenden Einfluss auf fremderregte Schaufelschwingungen haben können. Ziel des Vorhabens ist die Validierung numerischer Setups bei der Vorhersage solcher Schaufelschwingungen.