Verdichterkennfeld Flashcards
(10 cards)
Dimensionsbehaftete Geschwindigkeitsdreiecke einer
drallfrei angeströmten Verdichterstufe
- um den statischen Druck zu vergrößern, muss der Rotor eines Verdichters wie einen Diffusor wirken, sprich, die Distanz am Eintritt (senkrecht zur Relativgeschwindigkeit) muss kleiner sein als die Distanz zwischen den Schaufeln am Austritt. Damit ist auch w2<w1. Der relative Totaldruck vermindert sich nur durch Reibung
- statischer Druck nimmt im Rotor (durch Verzögerung der Relativgeschwindigkeit dank der Diffusorfunktion) und Stator zu (durch Verzögerung der Absolutgeschwindigkeit, c3 strömt drallfrei raus)
- statische Temperatur nimmt im Rotor (weil statischer Druck gestiegen) und Stator zu (weil statischer Druck gestiegen)
- Totaldruck nimmt im Rotor zu (weil Energie eingebracht) und im Stator ab wenn Reibung berücksichtigt sind, sonst bleibt er gleich.
- Totaltemperatur nimmt im Rotor zu (weil Energie eingebracht), bleibt aber im Stator gabsolut gleich, weil es eine adiabate Zustandsänderung ist
Dimensionslose Geschwindigkeitsdreiecke: Skalierung der
Strömungsgeschwindigkeit auf die Schallgeschwindigkeit
- Gesschwindigkeiten auf die Schallgeschwindigkeit a beziehen; a ändert sich aber über die Stufe, weil sie von der statischen Temperatur abhängig ist (a = sqrt(κRT))
- Geschwindigkeiten auf den Geschwindigkeitendreiecken werden als Machgeschwindigkeitkomponenten ausgedruckt
- vom Prinzip her, ändert sich nichts im Vergleich zu dem dimensionsbehafteten Geschw.dreieck
- Es werden nur besondere axiale und in umfangsrichtung(mechanische) Machzahlen am Eintritt gefordert, um von den Eintrittsbedingungen unabhängig zu sein
Kenngrößen für das Verdichterkennfeld
- y-Achse: Zielgröße des Verdichters ist Totaldruckverhältnis Π = p_(t,aus)/p_(t,ein)
- x-Achse:
- Forderung Mach’scher Ähnlichkeit der Axialgeschwindigkeit -> reduzierter Massenstrom, erstmal abhängig von der statischen Temperatur, die man nicht messen kann
- da die Temperatur- und Druckverhältnisse bei gleicher Machzahl konstant sind, können die statische Größe durch die Totalgrößen ersetzt werden, es sind aber immer noch ungebräuchliche Einheiten
- die Totalgrößen werden also auf Referenztemperatur und -druck bezogen
- Parameter:
- Drehzahl für die Forderung Mach’schler Ähnlichkeit in Umfangsrichtung
- ähnlich wie der Massenstrom wird der reduziert und bezogen
Typisches Verdichterkennfeld mit stationärer Betriebslinie (‚Fahrlinie‘)
- Sperrgrenze: Entdrosselung -> geringe Umlenkung -> mehr Platz -> Druckverhältnis geht runter, red. Massenstrom geht auf -> bis zum Sperren (Choking) / nach der Sperrgrenze gehen die Kurven von konstanten Drehzahlen senkrecht runter
- Pumpgrenze: Androsseln -> starke Umlenkung -> weniger Platz -> Druckverhältnis geht auf, red. Massenstrom geht runter -> bis zur Strömungsablösungs am Profil (Stall bis hin zum Pumpstoß)
- Stationäre Betriebslinie ergibt sich aus den stationären Betriebspunkten, die sich bei langsamer Veränderung der Drehzahl einstellen
- Maximaler Wirkungsgrad mehrstufiger Verdichter meist in Nähe der Pumpgrenze -> Kompromiss zwischen erreichbarem Wirkungsgrad und ausreichendem Abstand
zur Stabilitätsgrenze erforderlich
Kennfeld eines axialen Hochdruckverdichters
Verlauf der Drehzahllinien abhängig von Stufenanzahl und Auslegungsphilosophie, hier:
- Hohe Wirkungsgrade bei hohem Massendurchsatz, aber: 100% Auslegungspunkt nicht im optimalen Wirkungsgrad (Erforderlicher Sicherheitsabstand zur Pumpgrenze)
- Relativ flache Drehzahllinien und Wirkungsgradverläufe über großen Betriebsbereich
Kennfeld eines Radialverdichters
Stabilisierende Wirkung der Fliehkraft auf Strömungsstabilität
- Toleranter gegen Reduzierung des Massenstroms bei fester Drehzahl
- Meist steilere Pumpgrenze als Axialmaschine
=> Besserer Abstand zur Pumpgrenze, aber mehr Strömungsverluste durch starke Sekundärströmungen = niedrigere Wirkungsgrade
- Rasches Sperren rechts von Fahrlinie (im Rotor oder im Diffusor) = limitierter Volumenstrom
Grenzen des Verdichter-Kennfeldes
- bei kleinen Drehzahlen: Pumpen in der ersten Stufen und Sperren in der letzten Stufe
- bei hohenDrehzahlen: Pumpen in der letzten Stufen und Sperren in der ersten Stufe
Instabile Maschinenkennlinien
- in einem Y-V ̇-Diagramm (spez. Stutzenarbeit-Volumenstrom): Existenz von mind. 2 Werten für Volumenstrom für einen Wert von Y => Instabile Charakteristik
- Einflussparameter: Radiale / Axiale Bauart; Einstufig / Mehrstufig; Einbausituation (Zulauf, Position von Drossel und Plenum, Volumen des Plenums etc.)
- Verdichterprofile tendieren bei Androsselung zur Bildung abgelöster Strömungszonen (Stall)
Stabiler und instabiler Betriebsbereich eines Verdichters
Beurteilung der dynamischen Stabilität abhängig von:
- Speicherfähigkeit der Anlage: Großes Speichervolumen führt zu größerem Betriebsbereich des Verdichters, aber zu trägerem Betriebsverhalten hinsichtlich einer Änderung des Druckverhältnisses
- Steuer- und Regeleingriffe im Zusammenspiel zwischen Anlage und Maschine
Ablauf eines (wiederholten) Pumpvorgangs eines Verdichters =>Pump-Hysterese
- Beginn von Rotating Stall einzellig oder mit mehreren Stallzellen
- Strömungsabriss in einzelnen Schaufelgittern -> Sprung auf die Sekundärcharakteristik
- Steigerung des Volumenstroms -> Rücksprung auf die Primärcharakteristik
- Ohne korrigierende Maßnahmen: Erneute Androsselung bis zum nächsten Pumpvorgang mit Wiederholungsfrequenz von 1-5 Hz
