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Gekoppelte Rotor-Schaufel-Schwingungen

Gekoppelte Rotor-Schaufel-Schwingungen

Led by:  Dr.-Ing. Lars Panning-von-Scheidt
E-Mail:  schlesier@ids.uni-hannover.de
Team:  M. Sc. Klaus-Dieter Schlesier (Dynamik rotierender Maschinen)
Year:  2019
Funding:  AG Turbo

Bei der Entwicklung neuer Turbomaschinen erfolgt die Auslegung des Rotors und den darauf befindlichen Schaufelkränzen weitestgehend separat. Diese Aufteilung erfolgt zum einen, weil beide Komponenten sich bisher nur im geringen Maß gegenseitig beeinflusst haben und zum anderen, weil keine geeigneten, praktikablen Ansätze für eine kombinierte Untersuchung existieren. Effekte, welche aus der Kopplung beider Bauteile resultieren wurden dabei gezwungenermaßen vernachlässigt.

Aktuelle Trends in der Entwicklung, wie leichtere Rotoren bei gleichzeitig längeren Schaufel, sorgen dafür, dass der Frequenzabstand zwischen rotor- und schaufeldominierten Moden abnimmt. Mit abnehmendem Frequenzabstand steigt der Grad der gegenseitigen Beeinflussung beider Komponenten, sodass die isolierte Betrachtung an Gültigkeit verliert. Aus diesem Grund sollen im Projekt neue Methoden entwickelt und erprobt werden, um zukünftig eine kombinierte Betrachtung zu ermöglichen. Ziel ist es dabei, richtungsabhängige Unterschiede sowohl in der Lagerung als auch in der Geometrie der beschaufelten Scheibe (Schaufelmistuning) gleichzeitig berücksichtigen zu können.

Neben dem Bedarf an erweiterten Berechnungsmethoden bietet die beschriebene Entwicklung jedoch auch neue Möglichkeiten. In realen Systemen wird im Betrieb im Gegensatz zum Labor nur die Schwingung des Rotors über Sensoren in den Lagern erfasst, eine Überwachung der Schaufelschwingungen ist aus praktischen Gründen nicht möglich. Die zunehmende Interaktion von Schaufeln und Rotor bietet nun das Potential aus der gemessenen Rotorschwingung indirekt Rückschlüsse auf die Schwingungen der Schaufeln und damit auf den Zustand der Schaufeln zu schließen und so zum Beispiel Verschleiß frühzeitig zu erkennen. Im Rahmen des Projekts sollen daher erste Untersuchungen zu den beschrieben Kopplungseffekten durchgeführt werden, um die Ursachen und Einflussgrößen besser zu verstehen und damit die Ausgangsbasis für die Entwicklung neuer Diagnostikmethoden in zukünftigen Projekten zu schaffen. Neben numerischen Simulationen soll die Interaktion zwischen Rotor und Beschaufelung auch an einem neu zu entwickelnden Prüfstand untersucht werden.