Disk friction losses of closed turbomachine impellers

Abstract

The power losses created by the shrouds of closed turbomachine impellers depends on Reynolds-number, surface roughness, rate and direction of leakage flow through the impeller side room and on the pre-swirl with which said leakage enters the side room. These parameters determine also fluid rotation between impeller and casing and axial thrust. While all of these effects have been treated in the literature, a generic procedure has been lacking, which would allow to predict, in a consistent and logical way, the impact of all of these boundary conditions on disk friction and fluid rotation. To fill this gap a method is presented and validated with test data. The formulae developed cover laminar, turbulent, smooth and rough flow regimes and ensure a smooth transition between these domains.

Zusammenfassung Der Leistungsverlust rotierender Radseitenwände in Turbomaschinen hängt ab von Reynolds-Zahl, Oberflächenrauheit, Betrag und Richtung etwaiger Leckagen und dem Vordrall besagter Leckage am Eintritt in den Radseitenraum. Diese Größen bestimmen auch die Rotation des Fluids zwischen Gehäuse und Laufrad sowie den Axialschub. Obwohl alle diese Effekte in der Literatur behandelt wurden, fehlte bisher ein allgemeingültiges Verfahren, mit dem die Auswirkung obiger Parameter auf die Radreibungsverluste und Fluidrotation vorausberechnet werden kann. Ein solches Verfahren wird im folgenden vorgestellt und anhand von Versuchsdaten überprüft. Die entwickelten Formeln sind gültig für laminare und turbulente Strömung, für glatte und rauhe Oberflächen sowie für die Übergangsbereiche zwischen diesen Strömungsformen.