Experimentelle Analyse der Leckageströmung an Deckbändern einer Niedergeschwindigkeits-Axialturbine bezüglich der Strömungsverteilung und der Leistung

Zusammenfassung

Die experimentelle Untersuchung des Einflusses unterschiedlicher Deckbänder auf die Aerodynamik und den Wirkungsgrad einer Axialturbine ist Gegenstand dieser Arbeit. Es werden Strömungs- und Druckmessungen für zwei verschiedene Deckbandgeometrien an einer 1,5-stufigen Axialturbine präsentiert. Bei den Deckbandgeometrien handelt es sich einmal um ein Deckband, welches die Rotorschaufeln axial vollständig überdeckt, und ein anderes mal um ein aus Gewichtsgründen axial verkürztes Deckband, das Profilein- und -austrittsbereiche frei lässt. Als Ergebnis wird zunächst eine Druckverlustanalyse entlang des Strömungskanals gezeigt. Ausserdem werden der Druckverlustkoeffizient und die Profilzirkulation des Rotors entlang der Kanalhöhe aus den Messungen im Relativsystem berechnet. An der Abströmebene hinter dem Rotor werden Einflüsse des Strömungsaustritts durch Variation der Deckbandgeometrien erfasst. Als Endergebnis wird der Einfluss des Deckbandes auf die Leistung und den Wirkungsgrad bei zwei verschiedenen Lastfällen gezeigt. Das wegen Fliehkraftbelastung verkürzte Deckband verursacht bis zu 5 Prozent Einbusse im Wirkungsgrad und 11 Prozent in der Rotorleistung.

Abstract

The experimental investigation of the influence of different shrouds on the aerodynamics and the efficiency of an axial turbine is the objective of this work. The flow- and pressure measurements are presented for two geometrically different shrouds in a 1,5-stage axial turbine. One case deals with a shroud, which covers the blade completely in axial direction. A second case consists of a shortened shroud with less weight, which leaves the inlet and outlet of the blade tip unshrouded. As a result a pressure-loss analysis along the flow channel is presented. Furthermore the distributions of pressure-loss coefficient and the aerofoil circulation of the rotor blade along the channel height are calculated in the rotating frame of reference from the measurements. The variation of the shroud geometry influences the flow near the trailing-edge plane at the rotor outlet. Finally the influences for both shrouds are compared in performance and efficiency under two different loadings. The shortened shroud of decreased weight leads to up to 5 percent loss in efficiency and 11 percent loss in performance.