Unterbrecherströmung in Seitenkanalverdichtern


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Unterbrecherströmung in Seitenkanalverdichtern

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Unterbrecherströmung ist die expandierende Restgasströmung in Seitenkanalverdichtern. Beim Transport des verdichteten Gasmassestromes im Laufrad über den Unterbrecher von der Druck- zur Saugseite tritt in den Schaufelkanälen des Laufrades eine Expansionsströmung mit einer starken Beschleunigung des Gases auf, die zur kritischen Gasge-schwindigkeit und zu Verdichtungsstößen an den Unterbrecherkanten führen kann. Mit Hilfe rotierender hochempfindlicher dyna-mischer Drucksonden im Laufrad kann der Druckverlauf in einem Schaufelkanal des Laufrades während einer oder mehrerer Umdre-hungen des Laufrades im Seitenkanal und im Unterbrecher mit allen Druckschwankungen bei der tatsächlichen Verdichtungs- und Expansionstemperatur gemessen und auch Verdichtungsstöße an den Unterbrecherkanten nachgewiesen werden. Verdichtungsstöße treten sowohl an der Unterbrechereintrittskante als auch nach der vollständigen Expansion an der Unterbrecher-austrittskante auf. Sie erstrecken sich im rotierenden Laufrad über Drehwinkel des Laufrades von α = 2 bis 6° bzw. über Stoßzeiten von 100 µs bis 300 µs. Sowohl die Expansionsströmung am Unterbrecheraustritt als auch die Verdichtungsstöße im Unterbrecher beeinträchtigen die Unter-brecheraustrittströmung und die Eintrittsströmung des angesaugten Gasmassestromes im thermodynamischen Zustand mit dem entsprechenden Anstieg der Dissipationsenergie durch die Strömungsverluste. Da ein wesentlicher Anteil der Verluste in Seitenkanal-verdichtern von ca. 45% bis 50% im Unterbrecher mit dem Unterbrechermassestrom und mit der spezifischen Expansionsenergie auftritt, ist die Optimierung der Unterbrecherströmung für eine weitere Wirkungsgradsteigerung von Seitenkanalverdichtern uner-lässlich. Mit der Analyse der Expansionsströmung im Unterbrecher und mit der Ermittlung der transsonischen und der hypersonischen Strömung mit den Verdichtungsstößen ist ein erster Schritt zur weiteren Wirkungsgradsteigerung in Seitenkanalverdichtern getan. Die schwierigere Aufgabe besteht darin, diese Expansionsströmung im Unterbrecher so zu beeinflussen, dass eine transsonische Expan-sionsströmung mit den Verdichtungsstößen vermieden wird und die Expansionsenergie genutzt werden kann. Es ist eine beachtenswerte Strömungserscheinung in Seitenkanalverdichtern, dass bei den mäßigen Druckverhältnissen von π = 1,12 bis 2,0 eine transsonische Strömung auftritt, die zunächst nicht zu erwarten ist aber die zu Verdichtungsstößen führt. Da diese transsonische Strömung im Unterbrecher von Seitenkanalverdichtern bisher unbekannt war, konnte gegen die auftretenden Verluste nichts unternommen werden. Die zukünftige Forschungsarbeit an Seitenkanalverdichtern wird also die weitere Analyse und Beeinflussung der Expansionsströmung des Unterbrechermassestromes betreffen, wobei der vorliegende Band eine erste Analyse der bisher bekannten Strömungsvorgänge im Unterbrecher und den Anfang einer Beeinflussung leisten soll.
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