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Originaltitel:
Experimental and Numerical Investigation of a Centrifugal Compressor Stage with Variable Inlet Guide Vanes 
Übersetzter Titel:
Experimentelle und numerische Untersuchungen eines Radialverdichters mit verstellbaren Eintrittsleitschaufeln 
Jahr:
2017 
Dokumenttyp:
Dissertation 
Institution:
Fakultät für Maschinenwesen 
Betreuer:
Haidn, Oskar J. (Prof. Dr.) 
Gutachter:
Haidn, Oskar J. (Prof. Dr.); Schlechtriem, Stefan (Prof. Dr.) 
Sprache:
en 
Fachgebiet:
MAS Maschinenbau 
Stichworte:
centrifugal compressor, inlet guide vanes, IGV, experiment, CFD 
Übersetzte Stichworte:
Radialverdichter, Eintrittsleitschaufeln, IGV, Experiment, CFD 
TU-Systematik:
VER 630d; MAS 590d 
Kurzfassung:
Centrifugal compressors are widely used in the Oil & Gas industry and jet engine applications to compress the working fluid to higher pressure levels. For a centrifugal compressor, variable inlet guide vanes (IGV) can be introduced to expand the compressor operation range by adding pre- or counter-swirl into the impeller inlet flow. A successful IGV design provides a maximum spectrum of setting angles with correct flow guidance, minimum aerodynamic losses and smallest flow distortion. This dissertation covers the experimental and numerical investigation of three different IGV designs developed for a typical industrial process compressor. The first IGV comprises of symmetrical, standard NACA airfoils as the baseline. The second IGV configuration contains uniquely cambered, circumferentially non-uniform profiles. The third IGV is based on a circumferentially non-uniform multi-airfoil, which consists of a fixed front part and an adjustable tail. The three IGV designs are firstly experimentally validated by integration into a typical Oil & Gas centrifugal compressor stage on the test rig. Subsequently, CFD simulations are performed to investigate the interactions between IGV and impeller and their impact on the impeller performance. It is found that the two new IGV designs can reduce pressure losses and flow non-uniformities while keeping moderate incidence angles at large IGV setting angles, which together contribute to the significant improvement on the centrifugal compressor performance. 
Übersetzte Kurzfassung:
Radialverdichter sind weit verbreitet in der Oil & Gas Industrie und bei Flugtriebwerken zur Komprimierung des Arbeitsfluides auf höhere Druckniveaus. Bei einem Radialverdichter können zur Erzeugung eines Vordralls verstellbare Leitschaufeln am Eintritt (IGV) eingeführt werden, um den Betriebsbereich der gesamten Verdichterstufe zu erweitern. Eine IGV Konstruktion soll ein möglichst breites Spektrum von Anstellwinkeln mit korrekter Strömungsführung bei minimalen aerodynamischen Verlusten und geringen Strömungsasymmetrien bereitstellen. In dieser Dissertation werden drei verschiedene IGV Konfigurationen, die für einen typischen Radialverdichter entwickelt wurden, experimentell sowie numerisch untersucht. Das Referenz-IGV besteht aus symmetrischen NACA Profilen. Die zweite IGV Konfiguration verwendet einseitig gewölbte Profile, die über den Umfang des Einlaufs variable sind. Die dritte Konfiguration beinhaltet einen umfangsasymmetrischen, zweiteiligen Flügel bestehend aus einem festen Vorderteil und einem verstellbaren Heckteil. Alle drei IGV Typen werden zuerst in eine typische Oil & Gas Radialverdichterstufe am rotierenden Prüfstand integriert und experimentell validiert. Nachfolgend werden durch CFD Simulationen die Interaktionen zwischen IGV und Verdichter und das daraus resultierende Betriebsverhalten des Verdichters numerisch untersucht. Es kann gezeigt werden, dass die zwei neuen IGV Konfigurationen in der Lage sind, für große Anstellwinkel eine gute Anströmung mit angemessener Inzidenz bei geringeren Druckverlusten zu erzeugen. Dies führt zu erheblichen Verbesserungen des Betriebsverhaltens des gesamten Radialverdichters. 
Mündliche Prüfung:
21.02.2017 
Dateigröße:
12080865 bytes 
Seiten:
141 
Letzte Änderung:
13.03.2017