Aerodynamic instabilities in transonic centrifugal compressor

¹ TURBOMECA, Groupe SAFRAN, 64511 Bordes, France
² Laboratoire de Mécanique des Fluides et d’Acoustique, UMR CNRS 5509, Ecole Centrale de Lyon, 36 av. Guy de Collongue, 69134 Ecully Cedex, France

^a Corresponding author: Isabelle.Trebinjac@ec-lyon.fr

Received: 18 June 2013
Accepted: 18 March 2014

Abstract

This paper presents the analysis of the instabilities inception in a transonic centrifugal compressor for different rotation speeds. The analysis was conducted from experimental results obtained with unsteady pressure sensors implanted in the inducer, vaneless diffuser and vaned diffuser. Beyond the stability limit the compressor enters into a deep surge without any precursor, whatever the speed. The surge process is initiated in the vaned diffuser by a massive boundary layer separation. For low speeds, together with the surge which remains triggered in the diffuser, aerodynamic instabilities are detected in the inducer. These instabilities can be understood as “tip clearance rotating disturbances” because they are generated at the leading edge of the impeller main blades and move along the tip clearance trajectory.

Résumé

La présente contribution présente l’analyse du déclenchement des instabilités dans un compresseur centrifuge transsonique pour différentes vitesses de rotation. Cette analyse a été menée à partir de résultats expérimentaux obtenus grâce à des capteurs de pression rapides implantés au carter dans la partie inductrice du rouet, dans le diffuseur lisse et dans le diffuseur aubé. Quelle que soit la vitesse de rotation, la rupture aérodynamique du système de compression résulte d’un pompage de type profond sans précurseur, initié dans le diffuseur par un décollement massif des couches limites. Pour les faibles vitesses de rotation, conjointement au pompage qui reste déclenché dans le diffuseur, des instabilités aérodynamiques sont enregistrées dans l’inducteur du rouet. Ces instabilités tournantes et associées au tourbillon de jeu sont induites par une sur-incidence sur les aubes principales du rouet.