Grundlagenuntersuchung zum Einfluss der drallbehafteten Durchströmung von Kavitäten auf die Ausbildung akustischer Moden

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Dieter Brillert
• Fachliche Zuordnung: Strömungs- und Kolbenmaschinen
• Förderung: Förderung von 2019 bis 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 429153912

Radseitenräume in radialen Strömungsmaschinen werden in der Regel durch die Außenwände der Deckscheibe und der Radscheibe von Radiallaufrädern und die Innenwände des Maschinengehäu-ses begrenzt. Die so entstehenden fluidgefüllten Seitenräume, auch Rotor-Stator Kavitäten genannt, sind aufgrund von Leckagen an den Dichtungen je nach Betriebspunkt der Maschine zentripetal oder zentrifugal durchströmt. Neben der komplexen Strömungsstruktur in den Kavitäten treten in den Maschinen Druckschwankungen auf, die das Fluidvolumen in den Radseitenräumen zu Schwingungen anregen. Die vorhandene Kopplung des Fluidvolumens mit der Scheibenstruktur führt zu Schwingungsanregungen der Scheibe, die erhebliche Schäden an den Maschinen verursachen können. Dies gilt insbesondere bei hohem Druck, wenn eine entsprechend hohe Dichte des Fluids vorliegt. Zusätzlich beeinflussen die vorliegende Strömungsstruktur und die Fluidparameter die Ausbildung von akustischen Druckmustern (Moden) in den Kavitäten und das Schwingungsverhalten der Laufradscheiben erheblich. Die akustische Anregung des Fluidraums und der Scheibe soll in diesem Vorhaben in einem eigens dafür errichteten Prüfstand nachgebildet werden und der Einfluss der Parameter Rotation der Scheibe, Massenstrom der Durchströmung, Durchströmungsrichtung sowie Umfangsgeschwindig-keitskomponente der Durchströmung auf die Ausbildung der akustischen Moden soll experimentell bestimmt werden. Der vorhandene generische Prüfstand ist notwendig, um die Randbedingungen für die Versuche exakt kontrollieren und die das Schwingungsverhalten prägenden Parameter un-abhängig voneinander vorgeben zu können. Wegen der Untersuchung grundsätzlicher Fragestel-lungen ist es ebenfalls wichtig, eine Scheibengeometrie zu verwenden, die nicht den technischen Anforderungen einer Rad- oder Deckscheibe einer industriellen Turbomaschine unterliegt, sondern den Charakter der angestrebten Grundlagenuntersuchung unterstützend das Laufrad mit Rad- und Deckscheibe durch eine einfache plangedrehte Scheibe approximiert und mit dem ebenfalls plan und ohne Schrägen und Kanten hergestellten Gehäuse eine einfache „akademische“ Rotor-Stator Kavität bildet. Die erworbenen Grundlagenerkenntnisse können somit nicht nur für Turbomaschinen eingesetzt werden, sondern tragen zur generellen Beschreibung des Schwingungsverhaltens einer durch Druckfluktuationen des Fluids angeregten Scheibe innerhalb eines fluidgefüllten Raumes bei.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen