Strömungsinstabilitäten in Verdichtern erfordern einen ausreichenden Sicherheitsabstand der stationären Betriebslinie zur Stabilitätsgrenze damit ein störungsfreier Betrieb gewährleistet ist. Da dadurch der Betriebsbereich stark eingegrenzt wird und Druckerhöhungspotential ungenutzt bleibt, wird angestrebt durch geeignete Maßnahmen den Betriebsbereich zu erweitern.
Die vorliegende Diplomarbeit enthält einen konstruktiven Vorschlag für eine Vorrichtung zur umfangsverteilten Einblasung von Druckluft in den Niederdruckverdichter des Triebwerks LARZAC 04.
Die umfangsverteilte Einblasung in den Niederdruckverdichter stellt eine Möglichkeit der aktiven Stabilisierung (active control) des Triebwerks während des Betriebs nahe der Pumpgrenze dar. Mittels der aktiven Stabilisierung durch umfangsverteilte Einblasung von Druckluft in der Nähe der Schaufelspitzen, ist es möglich, die im Verdichter des Triebwerks LARZAC 04 auftretenden Instabilitäten in der Strömung schon im Ansatz zu beseitigen (Eliminierung von Spikes; bzw. ausdämpfen von Modalwellen) und Weiterentwicklung der Störungen zu rotierenden Ablösungen (rotating stalls), als Vorläufer des Verdichterpumpens (surge) zu verhindern.
Als Vorbereitung zur konstruktiven Umsetzung der beiden Konzeptionen mußte der erforderliche Einblasemassenstrom bestimmt werden.
Ausgehend von diesem Massenstrom mußten die notwendigen Querschnittsmaße der Einblasvorrichtung berechnet und geeignete Ventile ausgewählt werden. Die Ventile müssen die an sie gestellten Anforderungen hinsichtlich Schaltzeit und Arbeitsdruck, welcher durch die vorhandene Druckluftversorgung der Triebwerks-Versuchs-Anlage (TVA) vorgegeben ist, erfüllen.
Abschließend wurden die Einblaskonzeption konstruktiv umgesetzt, wobei hier auf eine kostengünstige Ausführung geachtet werden sollte. Ebenso mußte auf eine möglichst einfache Integration der Einblasvorrichtung in die bereits bestehenden Apparaturen der Triebwerks-Versuchs-Anlage geachtet werden.
Inhaltsverzeichnis
- EINLEITUNG
- STRÖMUNGSINSTABILITÄTEN IN VERDICHTERN
- Rotierende Ablösungen
- Tiefes Abreißen
- Verdichterpumpen
- Grundformen der Betriebscharakteristiken
- STABILISIERUNG VON VERDICHTERN
- Passive Stabilisierung
- Aktive Stabilisierung
- AKTIVE STABILISIERUNG FÜR DAS TRIEBWERK LARZAC 04
- Aktive Stabilisierung des Niederdruckverdichters durch Einblasung von Druckluft
- Umfangsverteilte Ringeinblasung
- Umfangsverteilte Einzelstelleneinblasung
- Anforderungen
- Gesamtaufbau
- Innengehäuse
- Außengehäuse
- Steuerring
- Austrittsdüsen
- Abdeckdeckel
- Berechnungen
- Berechnung des realisierbaren Massenstroms
- Berechnung der Düsenaustrittsfläche
- Auswahl der Ventile
- ZUSAMMENFASSUNG
- LITERATUR
- ABBILDUNGEN
- ANHANG
Zielsetzung und Themenschwerpunkte
Die vorliegende Diplomarbeit befasst sich mit der Konstruktion einer Vorrichtung zur umfangsverteilten Einblasung von Druckluft in den Niederdruckverdichter des Triebwerks LARZAC 04. Ziel ist es, den Betriebsbereich des Triebwerks zu erweitern und die durch Strömungsinstabilitäten im Verdichter auftretenden Probleme zu minimieren.
- Analyse von Strömungsinstabilitäten in Verdichtern
- Untersuchung verschiedener Stabilisierungsmethoden
- Konstruktion einer Vorrichtung zur umfangsverteilten Einblasung
- Berechnung des erforderlichen Einblasemassenstroms und Auswahl geeigneter Ventile
- Integration der Einblasvorrichtung in die bestehende Apparatur der Triebwerks-Versuchs-Anlage
Zusammenfassung der Kapitel
- Das erste Kapitel stellt die Problemstellung der Strömungsinstabilitäten in Verdichtern und ihre Auswirkungen auf den Betrieb des Triebwerks dar. Die verschiedenen Arten von Instabilitäten, wie rotierende Ablösungen, tiefes Abreißen und Verdichterpumpen, werden erläutert.
- Kapitel zwei befasst sich mit den Möglichkeiten der Stabilisierung von Verdichtern, wobei sowohl passive als auch aktive Verfahren vorgestellt werden.
- In Kapitel drei wird die aktive Stabilisierung des Niederdruckverdichters des Triebwerks LARZAC 04 durch Einblasung von Druckluft beschrieben. Die beiden Konzepte der umfangsverteilten Ringeinblasung und Einzelstelleneinblasung werden vorgestellt.
- Kapitel vier befasst sich mit der Konstruktion der Einblasvorrichtung. Es werden die Anforderungen an die Vorrichtung definiert, der Gesamtaufbau beschrieben und Berechnungen durchgeführt.
Schlüsselwörter
Strömungsinstabilitäten, Verdichter, Triebwerk, LARZAC 04, aktive Stabilisierung, Einblasung, Druckluft, Pumpgrenze, Betriebscharakteristiken, Konstruktion, Ventil, Massenstrom, TVA, Apparatur.
- Arbeit zitieren
- Dipl.-Ing. Thomas Buchmeier (Autor:in), 1998, Konstruktion einer Vorrichtung zur umfangsverteilten Einblasung in den Eintrittsbereich des ND-Verdichters des Triebwerks LARZAC 04, München, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/23432
