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Daniel Vetter
Lineare und nichtlineare Einflüsse von Gleitlagern auf das Schwingungsverhalten schnell laufender und leicht belasteter Vertikalrotoren
Gleitgelagerte, vertikale Maschinen stellen aufgrund der spezifischen Schmierfilmeigenschaften ein nichtlineares Schwingungssystem dar. Im Gegensatz zum Großteil der horizontalen Maschinen existiert in den Führungslagern vertikaler Rotoren keine definierte statische Gleichgewichtslage infolge einer Gewichtskraft. Da die durch Unwuchten oder andere Zwangsanregungen hervorgerufenen dynamischen Kräfte, gegenüber den statischen Kräften meist überwiegen, besitzt das Systemverhalten eine Abhängigkeit vom Betrag der anregenden Kraft.
Ziel der Arbeit ist die Entwicklung und Verifikation von Berechnungsmodellen und -algorithmen für die Analyse des Schwingungsverhaltens von Maschinen mit vertikalem Rotor. Hierfür werden systematisch Variationsrechnungen am nichtlinearen System mit unterschiedlicher Modelltiefe durchgeführt, um dessen Eigenschaften und Sensitivitäten besser zu verstehen. Dazu wird ein dynamisches Kippsegmentlagermodell entwickelt, in dem die Segmente als träge Körper abgebildet werden. Die Beschreibung der Schmierspaltströmung erfolgt mit der numerischen Lösung einer verallgemeinerten Reynolds’schen Differenzialgleichung unter Berücksichtigung der zeitlichen Ölmengenverteilung.
Als wesentliche Einflussgrößen auf das nichtlineare Resonanzverhalten haben sich die Verhältnisse von statischer zu dynamischer Last, sowie Lagersteifigkeit zu Abstützungssteifigkeit herausgestellt. Darüber hinaus können beim Kippsegmentlager Staudruckeffekte am Segmentbeginn und mechanische Segmentaufbiegungen einen signifikanten Einfluss auf das Resonanzverhalten besitzen.
In einigen Parameterbereichen kann eine lineare Beschreibung des Systems ausreichend sein. Zur quantitativen Beurteilung des Gültigkeitsbereiches linearer dynamischer Beschreibungen der Lagereigenschaften wird eine Störungsrechnung höherer Ordnung angewendet. Die Störungsrechnung führt auf ein nichtlineares Kraftgesetz für die Beschreibung der Schmierfilmrückstellkräfte. Dies ermöglicht die Verifizierung einer linearen Rotordynamikanalyse ohne die explizite Durchführung einer nichtlinearen Berechnung.
Ziel der Arbeit ist die Entwicklung und Verifikation von Berechnungsmodellen und -algorithmen für die Analyse des Schwingungsverhaltens von Maschinen mit vertikalem Rotor. Hierfür werden systematisch Variationsrechnungen am nichtlinearen System mit unterschiedlicher Modelltiefe durchgeführt, um dessen Eigenschaften und Sensitivitäten besser zu verstehen. Dazu wird ein dynamisches Kippsegmentlagermodell entwickelt, in dem die Segmente als träge Körper abgebildet werden. Die Beschreibung der Schmierspaltströmung erfolgt mit der numerischen Lösung einer verallgemeinerten Reynolds’schen Differenzialgleichung unter Berücksichtigung der zeitlichen Ölmengenverteilung.
Als wesentliche Einflussgrößen auf das nichtlineare Resonanzverhalten haben sich die Verhältnisse von statischer zu dynamischer Last, sowie Lagersteifigkeit zu Abstützungssteifigkeit herausgestellt. Darüber hinaus können beim Kippsegmentlager Staudruckeffekte am Segmentbeginn und mechanische Segmentaufbiegungen einen signifikanten Einfluss auf das Resonanzverhalten besitzen.
In einigen Parameterbereichen kann eine lineare Beschreibung des Systems ausreichend sein. Zur quantitativen Beurteilung des Gültigkeitsbereiches linearer dynamischer Beschreibungen der Lagereigenschaften wird eine Störungsrechnung höherer Ordnung angewendet. Die Störungsrechnung führt auf ein nichtlineares Kraftgesetz für die Beschreibung der Schmierfilmrückstellkräfte. Dies ermöglicht die Verifizierung einer linearen Rotordynamikanalyse ohne die explizite Durchführung einer nichtlinearen Berechnung.
Schlagwörter: Gleitlager; Kippsegmentlager; Schwingungen; Rotordynamik; Hydrodynamik
Fortschrittsberichte des Instituts für Tribologie und Energiewandlungsmaschinen
Herausgegeben von Prof. Dr.-Ing. H. Schwarze, Clausthal
Band 26
Verfügbare Online-Dokumente zu diesem Titel
DOI 10.2370/9783844072068
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