Thermisch erweiterte Rotordynamik - IGF 18760 BR

Erweiterte thermische Modellierung für die transiente, hydrodynamisch gekoppelte Simulation der nichtlinearen Rotordynamik von Turboladern

Projektbeschreibung

Ziel des Forschungsvorhabens ist die Verbesserung der bestehenden Berechnungsmethodik für schnell drehende Abgasturbolader (ATL) mit Schwimmbuchsenlagerung im Hinblick auf die Rotorschwingungen. Neben der Abbildung der hydrodynamischen Eigenschaften (nichtlineare Steifigkeit und Dämpfung) und deren Interaktion mit der Rotordynamik sind vor allem die Auswirkungen der thermischen Systemparameter auf die Lagerung wesentlich für die Beschreibung des dynamischen Verhaltens von ATL.

Von speziellem Interesse ist dabei die verlässliche Simulation subharmonischer Schwingungen in Frequenz und Amplitude, da diese sowohl sicherheitsrelevante Fragestellungen (Anstreifvorgänge) beeinflussen, als auch drastische Auswirkungen auf die Verlustleistung und die Lebensdauer der Lager haben. Aufgrund der nicht zu vernachlässigenden Wechselwirkungen zwischen den Temperaturen und den hydrodynamischen Eigenschaften (Änderung des Lagerspiels, der Viskosität) muss die transiente Temperaturentwicklung der Lagerpartner und des Öls berücksichtigt werden. Dabei müssen neben der Lagerreibung auch die bei ATL dominanten Wärmeströme von der Turbine (heiß) zum Verdichter (kalt) in ihrem zeitabhängigen Verhalten modelliert werden. So wird die Ermittlung realistischer Temperaturen in den Schmierfilmen sichergestellt.

Die Implementierung der thermischen Erweiterung ermöglicht die Beschreibung der ganzheitlichen Interaktion zwischen Thermo-, Hydro- und Rotordynamik und verringert die Unsicherheiten bestehender Näherungen hinsichtlich der Temperaturen. Nach Validierung der Simulationsergebnisse bzgl. der Temperaturen und Rotordynamik steht ein abgeglichenes Softwaretool zur Verfügung, das die komplexen Zusammenhänge des Schwingungsverhaltens von ATL abbildet.

Von besonderer Bedeutung ist dies für KMUs, die z.B. als Zulieferer oder Dienstleister arbeiten, da ein erweiterter Berechnungsansatz größere Aussagesicherheit bei der Angebotserstellung garantiert und damit die Position gegenüber den Auftraggebern stärkt bzw. zusätzliches Innovationspotential freisetzt. Parallel dazu können mit validierten Simulationen kostenintensive Prüfstandsversuche minimiert werden, was die Wettbewerbsfähigkeit erhöht.

Partner

• ABB Turbo Systems AG
• Aßmann Ingenieurdienste
• AVL Schrick GmbH
• BorgWarnerTurbo Systems Engineering GmbH
• Delta JS AG
• GTW Gleitlagertechnik Weißbacher GmbH
• INTES GmbH
• iST GmbH
• Kompressorenbau Bannewitz GmbH
• MAN Diesel & Turbo SE
• NUMECA Ingenieurbüro
• Reickmeier GmbH
• Renk AG
• Siemens AG

Weitere Informationen und Unterlagen

Der Abschlussbericht zum Projekt "Thermisch erweiterte Rotordynamik" ist im Themis-Portal (Kommunikations- & Wissensplattform für industrielle Gemeinschaftsforschung im Maschinenbau) abrufbar (Link).

Kontakt

Elmar Woschke; Cornelius Irmscher; Christian Ziese

Förderung