Experimental investigations of the flow phenomena in the rotor blades of the axial flow low speed compressor stage at the unstable part of the overall performance characteristic

• Autorzy: Witkowski A. , Ziach M. , Majkut M. , Strozik M.

Warianty tytułu

PL

Badania eksperymentalne zjawisk przepływowych w kanałach łopatkowych wirnika osiowego niskoobrotowego stopnia sprężającego w niestatecznym obszarze charakterystyki pracy

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The paper presents experimental investigations of pressure fluctuations near the tip clearance region of the rotor blades of the axial-flow low-speed compressor stage in stable and unstable parts of the overall performance characteristic. In this investigation, unsteady pressure was measured with the use of high frequency pressure transducers mounted on the casing wall of rotor passage. The pressure signals and their frequency characteristics were analyzed during the steady-state processes, before the rotating stall, during the transition from the steady-state process to the rotating stall, and during a stabilized phenomenon of low-frequency rotating stall. As the operating point moves to the unstable region of flow characteristic, an inception of the rotating stall can be observed, which rotates with a speed of about 41.4% of the rotor speed. The results of this study confirm that in the low-speed axial compressor stage operating in a rotating stall regime there appears one stall cell that spreads over to adjacent rotor blade channels. As the flow rate is reduced further, the frequency of the rotating stall decreased to 34.8% of the rotor speed and the number of blade channels with the stall cell increases.

PL

W pracy przedstawiono eksperymentalne badania pulsacji ciśnienia w obszarze szczeliny nadłopatkowej łopatek koła wirnikowego, w osiowym, niskoobrotowym stopniu sprężającym, w statecznym i niestatecznym obszarze charakterystyki aerodynamicznej. Nieustalone impulsy ciśnienia próbkowane były za pomocą wysokoczęstotliwościowych przetworników ciśnienia zamontowanych na osłonie zewnętrznej koła wirnikowego. Przeanalizowano impulsy ciśnieniowe oraz ich charakterystyki częstotliwościowe zarówno w obszarze statecznej pracy koła wirnikowego, w obszarze przejścia, jak i w obszarze ustabilizowanego zjawiska niskoczęstotliwościowego oderwania wirującego. W miarę jak punkt pracy przemieszcza się do obszaru niestatecznej części charakterystyki pojawia się oderwanie wirujące z częstotliwością wynoszącą 41.4% częstotliwości obrotów wirnika. W wyniku przeprowadzonych badań stwierdzono, że w badanym niskoobrotowym stopniu sprężającym, występuje w kanałach międzyłopatkowych kota wirnikowego, jedna komórka oderwania, która obejmuje swym zasięgiem kilka sąsiednich kanałów. Dalsze zmniejszanie strumienia przepływu powoduje spadek częstotliwości wirującego oderwania do 34.8% częstotliwości obrotów wirnika oraz wzrost liczby kanałów łopatkowych, w których to oderwanie występuje.

Słowa kluczowe

EN

axial flow compressor stage; unsteady flow; pressure fluctuation; rotating stall

PL

przepływowy osiowy stopień sprężający; przepływ nieustalony; ciśnienie zmienne; oderwanie wirujące

• Wydawca: Komitet Budowy Maszyn PAN
• Czasopismo: Archive of Mechanical Engineering
• Rocznik: 2008
• Tom: Vol. LV, nr 4
• Strony: 313--330
• Opis fizyczny: Bibliogr. 13 poz., rys.

Twórcy

autor

Witkowski A.

autor

Ziach M.

autor

Majkut M.

autor

Strozik M.

• The Silesian University of Technology, ul. Konarskiego 18, 44-100 Gliwice, Poland,

Bibliografia

• [1] Inoue M., Kuroumaru M., Iwamoto T., Ando Y.: Detection of a rotating stall precursor in isolated axial flow compressor rotors. Journal of Turbomachinery, vol. 113, April 1991, pp. 281-289.
• [2] Nobuyuki T., Masahiro K., Yutaka O., Eisuke O., Tomofumi N., Yuki T.: Early stall warning technique for axial flow compressors. ASME Paper GT2004-53292.
• [3] Day I. J.: Stall inception in axial flow compressors. ASME J. of Turbomachinery, 115, 1993, pp. 1-9.
• [4] Inoue M, Kuroumaru M., Yoshida S., Furukawa M.: Short and length-scale disturbances leading to rotating stall in an axial compressor stage with different stator/rotor gaps. Trans. of the ASME , vol. 124, July 2002, pp 376-384.
• [5] Maerz J., Hah C, Neise W.: An experimental and numerical investigation into the mechanisms of rotating instability. ASME J. of Turbomachinery, 2002, 124, pp. 367-375.
• [6] Kim K. H., Shin Y. H., Kang C. S.: The measurements of unsteady flow field in an axial flow fan under stalled condition. Proc. of the International Gas Turbine Congress 2003 Tokyo, pp 1-5.
• [7] Nishioka T., Kuroda S., Kozu T.: Influence of Rotor Stagger Rotating Stall inception in an Axial-flow Fan. Proc. of ASME Turbo Expo 2003, June 16-19, 2003, Atlanta.
• [8] Levy Y, Pismenny J.: The number and speed of stall cells during rotating stall. Proc. of ASME Turbo Expo 2003, June 16-19, 2003, Atlanta.
• [9] Levy Y., Pismenny J., Schrapp H., Stark U., Saathoff H.: Pressure field at the tip of rotor blades before and during rotating stall. Proc. of the 7th European Conference on turbomachinery Fluid Dynamics and Thermodynamics, 5-9 March 2007, Athens, Greece.
• [10] Lepicovsky J., Braunscheidel E. P.: Measurement of flow pattern within a rotating stall cell in an axial compressor. NASA/TM-2006-214270, June 2006.
• [11] Witkowski A., Majkut M.: Experimental investigation if inlet guide vane-rotor interaction in a low speed axial flow compressor stage. The Archives of Mechanical Engineering, Number 1, 2006.
• [12] Witkowski A., Strozik M., Majkut M., Żukowski J.: Comprehensive Computational and Experimenal Methods of Investigations of the Unsteady Flow in an Axial Flow Low Speed Compressor Stage. 1-th edn. The Silesian University of Technology, Gliwice, 2007, pp 1-212.
• [13] Witkowski A., Chmielniak T., Strozik M., Mirski M.: Facility for turbulence and unsteadiness measurements behind an axial compressor rotor blade by means periodic multisampling with triple split fiber probes. Proc. of the Second Biennial European Joint Conference on Engineering System Design and Analysis, London, July 4-7, 1994.