Fortschrittliche Axialverdichterbeschaufelung Radialverdichter-Diffusoren 3D-Gestaltung von Strömungen

Transkript

1 hemen und Fortschrittliche Axialverdichterbeschaufelung Radialverdichter-Diffusoren 3D-Gestaltung von Strömungen Fräsrauhigkeit Riblets strukturen in Turbomaschinen

2 hemen und Ventilation bei Hochdruckdampfturbinen Turbolader bei niedrigen Drehzahlen verhalten von Turbomaschinen Stabilität vorgemischter Flammen Akustik Dynamik der Aufladung von Brennstoffzellen instationäre Vorgänge Biologische Strömungsmechanik

3 ier stufiger Axialverdichter Aufsicht Axialverdichter Teilansicht Axialverdichter

4 ortschrittliche Axialverdichterbeschaufelung CDA Beschaufelung (Controlled Diffusion Airfoils) Deutliche Verbesserungen im Wirkungsgrad und Druckaufbau Wirkungsprinzip: kontrollierte Geschwindigkeitsverteilung auf der Saugseite Verhinderung von großen Übergeschwindigkeiten und durch Stöße induzierte Grenzschichtablösungen Verbesserung gegenüber klassischen Profilen (DCA, MCA und NACA)

5 ortschrittliche Axialverdichterbeschaufelung Bow Beschaufelung (Umfangsneigung,Compound Lean) Auffädelung des Profils auf einer in Umfangsrichtung gebogenen Linie Saugseite Druckseite 30 Charakteristik: Stumpfer Winkel an den Schaufelenden zwischen Seitenwand und saugseitiger Schaufeloberfläche Schaufelhinterkante Wirkungsweise: Beeinflussung des radialen Gleichgewichts. 35

6 ortschrittliche Axialverdichterbeschaufelung Verschiebung der saugseitigen Stromlinien durch Bow-Leitrad Positiver Neigungswinkel an der Saugseite beeinflusst das radiale Gleichgewicht Stromlinien werden von den Randzonen zur Schaufelmitte hin verschoben Bowstromlinie Basisstromlinie DS Belastung der Randzonen nimmt ab Ablösungen an Nabe und Gehäuse werden unterdrückt Verlust in den Randzonen nimmt ab, Profilverlust in der Kernströmung nimmt durch die größere Belastung zu. + SS

7 ortschrittliche Axialverdichterbeschaufelung Sweep Beschaufelung (Sweep = Pfeilung) Verminderung der niederenergetischen Bereiche durch Pfeilung hier Vorwärtspfeilung Einsatz in den ersten drei Stufen: An den Laufrädern im Gehäusebereich An den Leiträdern im Nabenbereich Durchgeführte Untersuchungen: Kennfeldmessungen Profildruckmessungen Sondenabtastungen/ Nachlaufmessungen

8 ortschrittliche Axialverdichterbeschaufelung Sweep Beschaufelung (Sweep = Pfeilung) Hier: Forward-Sweep (Vorwärtspfeilung) Wirkungsweise wie bei Bow: Beeinflussung des radialen Gleichgewichts Verminderung der Randverluste Erhöhung der Stabilität

9 FD - Radialverdichterprüfstand

10 D-CFD Rechnungen - Verluste der Vorleitgittervarianten 1.50 ζ [-] ζ = Referenz (NACA) S-Profil (dünn) Sym. Profil (dick) S-Profil (dick) Klappengitter p p Tot,1 p dyn,1 Tot, α 2 [ ] Totaldruckverlust zwischen IGV Inlet - Exit

11 adialverdichter - Spiralgeometrien Original Asymmetric Diffuser Low Solidity Diffuser External Volute

12 NC 5-Achsen-Fräsmaschine DMG DMU 80T Technische Daten : Steuerung : Heidenhain TNC Achsen: x y z a b c A- oder C-Achse: wahlweise aufbaubar X-Achse: ( längs ) 880 mm Y-Achse: ( quer ) 630 mm Z-Achse: ( senkrecht ) 630 mm A-Achse: endlos B-Achse: schwenkbarer Hauptspindelkopf +12 Grad bis -91 Grad C-Achse: Teilapparat: Rundtisch: Drehzahl: Vorschub: endlos Spitzenhöhe 180 mm Länge zwischen den Spitzen max. 600 mm Durchmesser 360 mm max /min max. 30 m/min

13 NC Fräsmaschine DMG DMU 80T während der Fertigung Teilausschnitte während des Fertigungsprozesses 1 Vermessen des Rohprofils 2 Schruppen des Profils 3 Schruppen des Profils 1 2 3

14 NC Fräsmaschine DMG DMU 80T während der Fertigung ilausschnitte während des Fertigungsprozesses 4 Fräsen des Profils 5 Fräsen des Profils 6 Fertigstellung des Profils 4 5 6

15 berflächenstrukturen von Turbomaschinen Kenndaten im Gitterwindkanal Derzeitige Forschungsprojekte: Makrostrukturen bei vorgegebenem Fertigungsverfahren insbesondere: - Fräsrauhigkeit - Fräszeiligkeit Schaufelausschnitt gefräst Untersuchungen zur aerodynamischen Wirksamkeit von industriell-gefertigten Riblets aktuell: - Laser-Technologie - Schleiftechnik geplant: - ECM - Fräsen

16 TFD Schaufelscheibekonstruktion in integraler Bauweise (Blisk) Quelle: DGLR 2003 U 32 /58