Vorhersage und Validierung der nichtlinearen Reibdämpfung bei Schaufelschwingungen

Bei Beschaufelungen thermischer Turbomaschinen treten in verschiedenen Betriebspunkten periodische drehzahlsynchrone Anregungsphänomene auf. Die infolge dieser Anregung auftretenden Schaufelschwingungen müssen für den sicheren Betrieb von modernen Turbomaschinen im Design sicher vorhergesagt werden. Für diese Schaufelschwingungen muss eine ausreichende Dämpfung sichergestellt werden. Ziel dieses Projekts ist es, für eine zukünftige Generation von Turbinenendstufenschaufeln mit Deckband und Unterplattformdämpfern das berechnete Schwingungsverhalten unter Berücksichtigung der Reibungsdämpfungen im rotierenden Experiment für eine harmonische Anregung zu validieren und eine ausreichende Vorhersagegenauigkeit für die Berechnungsmethoden sicherzustellen. Dafür wird in diesem Projekt ein neuer Prüfstand zur Messung von Reibhysteresen entwickelt (vgl. Abbildung 1).

Hierdurch lassen sich Prognosen von Reibkräften und Reibbeiwerten bei verschiedenen Materialpaarungen tätigen, welche für die Vorhersage der Schwingungsamplituden von über Reibkontakte gekoppelten Turbinenschaufeln erforderlich sind. Ebenfalls notwendig für die Validierung des rotierenden Experiments ist die genaue Kenntnis der Anregung der Beschaufelung. Für diesen Zweck ist eine neuartige elektromagnetische Anregung für den rotierenden Versuchsträger entwickelt worden (vgl. Abbildung 2).

Diese wirkt als ein zylindrischer Hufeisenmagnet mit einem über dem Umfang variablem Luftspalt, sodass die Turbinenschaufeln eine drehzahlsynchrone Anregung erfahren. In dem rotierenden Experiment sollen die Schwingungsantworten eines dafür entwickelten Versuchsträgers (vgl. Abbildung 3) mit verschiedenen Unterplattformdämpfern und austauschbaren Plattformen untersucht werden.

Ein Austausch der Plattformen sorgt dabei für variable Kontaktbedingungen der Unterplattformdämpfer und führt somit auch zu einer unterschiedlichen Reibungsdämpfung der Turbinenschaufeln.

Mittels dieses rotierenden Experiments soll in diesem Projekt eine bestehende Simulationsumgebung (vgl. Abbildung 4) hinsichtlich ihrer Anwendbarkeit für die Prognose der nichtlinearen Schwingungsantworten von durch Deckbänder und Unterplattformdämpfer gekoppelten Turbinenschaufeln validiert werden.