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Verbesserung von Betriebsverhalten und Reduzierung des Spitzenwirbel-Lärms axialer Strömungsmaschinen

Schematische Darstellung der durch die Druck-differenz zwischen Druck- und Saugseite erzeugten Sekundärströmung . Kennlinien von Druckerhöhung, Wirkungsgrad und abgestrahlten Schalldruckpegel bei verschiedenen Einblasmassenströmen

Axiale ummantelte Strömungsmaschinen haben konstruktionsbedingt einen radialen Spalt zwischen den Schaufelspitzen des Laufrades und dem Gehäuse. In diesem Kopfspalt bildet sich an jeder rotierenden Schaufel eine Sekundärströmung aus, die durch die Druckdifferenz zwischen ihrer Druck- und Saugseite verursacht wird, siehe Abb. 1. Diese Schaufelspitzenumströmung hat negative Auswirkungen auf die akustischen und aerodynamischen Kenngrößen der Maschine. Druckerhöhung und Wirkungsgrad sinken und der nutzbare Bereich der Kennlinie wird verkleinert, da bei zunehmender Drosselung und großen Kopfspaltweiten Strömungsablösungen früher als bei kleinen Spaltweiten auftreten. Außerdem steigt die Geräuschemission der Maschine an, besonders wenn bei großen Kopfspaltweiten der Blattspitzenwirbel-Lärm auftritt.

Durch aktive Beeinflussung der Strömung im Kopfspalt können diese negativen Auswirkungen verringert werden. Dazu kann zum Beispiel Druckluft im Bereich der Schaufelspitzen eingeblasen werden. Damit gelingt es den nutzbaren Kennlinien-Bereich zu erweitern. Druckerhöhung und Wirkungsgrad werden vor allem bei kleinen Fördermengen erhöht und das abgestrahlte Geräusch kann deutlich gesenkt werden (siehe Abb. 2). Weitere Informationen zu den erzielten Ergebnissen können in folgenden Veröffentlichungen nachgelesen werden:

• AIAA-Flow-2002-RI-2948.pdf
• FanNoise2003.pdf
• CFA-DAGA04_RI.pdf

Die Arbeiten in diesem Projekt werden von der Deutschen Forschungsgemeinschaft im Rahmen des Sonderforschungsbereiches SFB 557 „Beeinflussung komplexer turbulenter Scherströmungen“, Teilprojekt B5 „Verbesserung von Betriebsverhalten und Spitzenwirbellärm axialer Strömungsmaschinen durch aktive Beeinflussung der Kopfspaltströmung“ unterstützt.