Experimentelle Untersuchung hochbelasteter Verdichterfrontstufen zukünftiger Gasturbinen – Betriebsverhalten und Validierungsverfahren
Christian Kunkel
Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der Auslegung, dem Aufbau und der Inbetriebnahme eines neuen Prüfstandes zur Vermessung transsonischer Axialverdichterstufen am Fachgebiet Gasturbinen-, Luft- und Raumfahrtantriebe der Technischen Universität Darmstadt.
Der Aufbau und die Funktionsweise des Prüfstandes, des Verdichtermoduls und die verwendete Messtechnik werden detailliert beschrieben. Anhand der Entwicklung einer standardisierten Messprozedur zur Kennfeldvermessung der Verdichterstufe wird die Vorgehensweise bei der Auswertung der stationären Messdaten erläutert und Methoden zum Vergleich der experimentellen Daten mit den Simulationsergebnissen der Verdichterauslegung vorgestellt. Grundlage für die Beurteilung der Vergleichsergebnisse bilden Analysen der Messabweichungen und der Reproduzierbarkeit stationärer Messungen.
Das instationäre Betriebsverhalten kann durch eine umfangreiche Instrumentierung des Verdichters mit zeitlich hochauflösender Messtechnik bestimmt werden. Aus den Daten der instationären Wanddruckmessung lassen sich weitere Vergleichsdaten zur Validierung des Auslegungsprozesses ermitteln. Darüber hinaus wird das Versagensverhalten des Verdichters an der aerodynamischen Betriebsgrenze durch Wanddruckmessungen und Messungen der Schaufelschwingungen ermittelt.
Im Rahmen der erstmaligen Vermessung des Verdichters konnten unterschiedliche Phänomene während des instabilen Betriebs des Verdichters beobachtet werden. Durch eine Erweiterung der instationären Wanddruckmessung im Zulauf des Verdichters wurde eines dieser Phänomene als akustische Resonanz von Verdichter und Zulaufstrecke identifiziert.
