Einfluss der Rotor-Stator-Dichtung auf die Turbinenaerodynamik und Seitenwandkühlung
Pascal Schuler
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Pascal Schuler, Einfluss der Rotor-Stator-Dichtung auf die Turbinenaerodynamik und Seitenwandkühlung (2017), Logos Verlag, Berlin, ISBN: 9783832592172
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Beschreibung / Abstract
In der vorliegenden Arbeit wurde der Einfluss der Dichtungsgeometrie, die innerhalb des Rotor-Stator-Spalts einer Niederdruckturbinenstufe eingebaut wird, auf das aerodynamische Verlustverhalten des stromab liegenden Schaufelgitters und auf die Seitenwandkühlung experimentell untersucht.
Die Hauptaufgabe dieser so genannten Radseitenraumdichtung besteht in der Vermeidung des Heißgaseintritts in das Innere der Maschine sowie in der Reduzierung des dafür notwendigen Sperrluftmassenstroms. Hauptursache für den Heißgaseintritt ist die vom Schaufelgitter in Umfangsrichtung verursachte inhomogene Druckverteilung innerhalb der Hauptströmung. Um den Radseitenraum gegen den Heißgaseintritt zu schützen, wird vom Verdichter abgezapfte Sperrluft radial durch den Rotor-Stator-Spalt geleitet und durch die Dichtung in die Hauptströmung ausgeblasen. Die damit verbundene aerodynamische Interaktion zwischen der austretenden Sperrluft und der ankommenden Grenzschicht der Hauptströmung verursacht sowohl zusätzliche Vermischungsverluste im Bereich des Dichtungsspaltes als auch eine Erhöhung der Sekundärströmungsverluste innerhalb des stromab liegenden Schaufelgitters.
Um den Einfluss der verwendeten Dichtungsgeometrie auf die Höhe dieser Strömungsverluste zu untersuchen, wurden im Rahmen dieser Arbeit zwei Dichtungsgeometrien unterschiedlicher Komplexität gegenübergestellt und mögliche Veränderungen hinsichtlich des aerodynamischen Verlustverhaltens des stromab liegenden Schaufelgitters analysiert.
Die Hauptaufgabe dieser so genannten Radseitenraumdichtung besteht in der Vermeidung des Heißgaseintritts in das Innere der Maschine sowie in der Reduzierung des dafür notwendigen Sperrluftmassenstroms. Hauptursache für den Heißgaseintritt ist die vom Schaufelgitter in Umfangsrichtung verursachte inhomogene Druckverteilung innerhalb der Hauptströmung. Um den Radseitenraum gegen den Heißgaseintritt zu schützen, wird vom Verdichter abgezapfte Sperrluft radial durch den Rotor-Stator-Spalt geleitet und durch die Dichtung in die Hauptströmung ausgeblasen. Die damit verbundene aerodynamische Interaktion zwischen der austretenden Sperrluft und der ankommenden Grenzschicht der Hauptströmung verursacht sowohl zusätzliche Vermischungsverluste im Bereich des Dichtungsspaltes als auch eine Erhöhung der Sekundärströmungsverluste innerhalb des stromab liegenden Schaufelgitters.
Um den Einfluss der verwendeten Dichtungsgeometrie auf die Höhe dieser Strömungsverluste zu untersuchen, wurden im Rahmen dieser Arbeit zwei Dichtungsgeometrien unterschiedlicher Komplexität gegenübergestellt und mögliche Veränderungen hinsichtlich des aerodynamischen Verlustverhaltens des stromab liegenden Schaufelgitters analysiert.
Inhaltsverzeichnis
- BEGINN
- 1 Vorwort des Autors
- Inhaltsverzeichnis
- Symbolverzeichnis
- 2 Einleitung
- 3 Wissenschaftlicher Kenntnisstand
- 3.1 Sekundärströmungen innerhalb eines Schaufelgitters
- 3.2 Strömungsverluste innerhalb einer axialen Turbinenstufe
- 3.3 Heißgaseintritt und Sperrluftausblasung
- 3.4 Zielsetzung
- 4 Versuchsanlage
- 4.1 Aufbau der Versuchsanlage
- 4.2 Messstrecke
- 4.3 Dichtungsgeometrien
- 5 Messwerterfassung und Messtechnik
- 5.1 Messwerterfassung
- 5.2 Fünflochsondenmessung
- 5.3 Druckmessschaufel
- 5.4 Pneumatischer Seitenwandeinsatz
- 5.5 Particle Image Velocimetry (PIV)
- 5.6 Infrarotthermographie
- 6 Versuchsergebnisse und Diskussion
- 6.1 Voruntersuchung
- 6.2 Einfluss der Dichtungsgeometrie auf das Verlustverhalten des Schaufelgitters
- 6.3 Einfluss der Dichtungsgeometrie auf die Seitenwandkühlung
- 6.4 Einfluss der axialen Spaltbreite auf das Verlustverhalten des Schaufelgitters
- 6.5 Einfluss der axialen Spaltbreite auf die Seitenwandkühlung
- 7 Zusammenfassung und Ausblick
- Literatur
- A Kalibrierung der Fünflochsonde