Thermal analysis of a high-pressure compressor rotor of an aero-engine — Venting as a means for life improvement

This brief note describes the thermal design of a highpressure compressor rotor of an aero-engine. First the computational methods and heat transfer models used are outlined. Then some results of detailed transient temperature calculations are presented which serve as a basis for stress and life predictions. It is shown that by venting the rotor cavities by careful routing of small amounts of air taken from the secondary air system, a considerable improvement of life may be achieved. Another welcome effect of the more rapid thermal response of the rotor is that the thermal growth behaviour is more closely matched to that of the casing, resulting in reduced clearances between casing and rotor, thus higher compressor efficiencies and larger surge margins.

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Thermische Analyse eines Hochdruckverdichterrotors eines Flugtriebwerks-Belüftung als Maßnahme zur Lebensdauererhöhung

Zusammenfassung Dieser kurze Bericht beschreibt die thermische Auslegung eines Hochdruckverdichterrotors eines Flugtriebwerks. Zunächst werden die verwendeten Rechenmethoden und Wärmeübertragungsmodelle erläutert. Dann werden einige Ergebnisse detaillierter instationärer Temperaturrechnungen präsentiert, die die Grundlage für Spannungs- und Lebensdauerbestimmungen bilden. Es wird gezeigt, daß durch eine Belüftung der Rotorkammern durch sorgfältiges Führen kleiner Luftmengen aus dem Sekundärluftsystem eine erhebliche Erhöhung der Lebensdauer erzielt werden kann. Ein weiterer willkommener Effekt des schnelleren thermischen Ansprechens ist das thermische Dehnungsverhalten des Rotors, das nun besser dem des Gehäuses angepaßt ist. Somit ergeben sich reduzierte Spalte zwischen Rotor und Stator, was zu höheren Verdichterwirkungsgraden und größeren Pumpgrenzabständen führt.

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Dedicated to Professor E. R. G. Eckert on the occasion of his 80th birthday