Sensitivity Analysis of Rotor/Stator Interactions Accounting for Wear and Thermal Effects within Low-and High-Pressure Compressor Stages - Archive ouverte HAL Accéder directement au contenu
Article Dans Une Revue Coatings Année : 2020

Sensitivity Analysis of Rotor/Stator Interactions Accounting for Wear and Thermal Effects within Low-and High-Pressure Compressor Stages

Analyse de sensibilité des interactions rotor/stator avec prise en compte de l’usure et des effets thermiques dans des étages de compresseurs basse et haute pression

Florence Nyssen
Alain Batailly

Résumé

In the current design of turbomachines, engine performance is improved by reducing the clearances between the rotating components and the stator, which allows for loss decrease. Due to these clearance reductions, contact events may occur between the rotor and the stator. An abradable coating is deposited along the stator circumference as a sacrificial material to lower the contact severity. However, experiments highlighted the occurrence of rotor/stator interactions with high wear depth on the abradable coating as well as high temperature increases within the abradable coating following contacts. This work focuses on the sensitivity analysis of rotor/stator interactions with respect to the rotor angular speed and the initial clearances between the rotor and the stator, taking into account thermal effects within the abradable coating. Convergence analyses are first conducted to validate the numerical model. Then, after a calibration of the thermal model of the abradable coating based on two experimental test cases, the numerical model is used to investigate the cross effects of the angular speed and the initial clearances on the obtained rotor/stator interactions.
Dans les conceptions actuelles de turbomachines, la performance des moteurs est améliorée en réduisant les jeux entre les composants tournants et le stator, car cela permet de diminuer les pertes. Étant donné la réduction des jeux, des contacts peuvent se produire entre le rotor et le stator. Un revêtement abradable est déposé le long de la circonférence du stator comme matériau sacrificiel afin de réduire la sévérité de ces contacts. Cependant, les tests expérimentaux révèlent l'apparition d'interactions rotor/stator avec une grande profondeur d'usure du revêtement abradable ainsi qu'une forte augmentation de la température au sein du revêtement abradable suite à ces contacts. Ce travail se focalise sur l'analyse de la sensibilité des interactions rotor/stator par rapport à la vitesse de rotation du moteur et le jeu initial entre le rotor et le stator, en prenant en compte les effets thermiques dans le revêtement abradable. Une analyse de convergence est tout d'abord effectuée pour valider le modèle numérique. Ensuite, après une calibration du modèle thermique du revêtement abradable sur base de deux cas-test expérimentaux, le modèle numérique est utilisé pour étudier l'effet croisé de la vitesse de rotation et du jeu initial sur les interactions rotor/stator obtenues.
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Dates et versions

hal-02454895 , version 1 (24-01-2020)

Identifiants

Citer

Florence Nyssen, Alain Batailly. Sensitivity Analysis of Rotor/Stator Interactions Accounting for Wear and Thermal Effects within Low-and High-Pressure Compressor Stages. Coatings, 2020, 10 (1), pp.74. ⟨10.3390/coatings10010074⟩. ⟨hal-02454895⟩

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