Ermittlung der Kraft-Bewegungsgesetze in Quetschfilmdämpfern mit Hilfe von aktiven Magnetlagern und CFD-Methoden
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Im Rahmen dieser Arbeit wurde das dynamische Verhalten von Quetschfilmdämpfern auf experimentellem und theoretischem Wege untersucht. Bei der experimentellen Untersuchung wurden aktive Magnetlager verwendet während CFD-Methoden bei der theoretischen Untersuchung eingesetzt wurden. Die Besonderheit beim Einsatz von aktiven Magnetlagern zur Untersuchung von Quetschfilmdäpfern ist die berührungslose Durchführung aller wesentlichen Funktionen zum Betrieb (Funktion als Lager und Aktor) und zur Erfassung (Funktion als Sensor) der interessierenden Größen. Es wurden ausschließlich ungedichtete Dämpfergeometrien untersucht, um die Vorteile der aktiven Magnetlager auszuschöpfen und auf diese Weise die Dämpferwirkung möglichst genau erfassen zu können. Als Messergebnisse wurden bewegungsabhängige Fluid- bzw. Dämpferkräfte ermittelt. Der Einfluss der Nutgeometrie, der Anregungsfrequenz sowie des Zuführdrucks und der Anzahl der Zuführbohrungen auf die gewonnen Kennlinien wurde ebenfalls erfasst. Das Ziel einer einfachen Berücksichtigung von Quetschfilmdämpfern im Gesamtmodell einer Maschine durch eine Beschreibung in Form von Kraft-Bewegungsgesetzen wurde erreicht, indem das dynamische Verhalten von Quetschfilmdämpfern durch ein einfaches Modell bestehend aus Trägheits- Dämpfungs- und Steifigkeitskoeffizienten beschrieben wurde. Die dynamischen Koeffizienten wurden auf Grundlage der experimentell ermittelten Größen bestimmt. Im zweiten Teil dieser Arbeiten wurde eine CFD-Methode zur theoretischen Untersuchung von Quetschfilmdämpfern verwendet. Der Vorteil von CFD-Methoden gegenüber klassischen Ansätzen ist, dass Strömung und Randbedingungen am Dämpfer detailliert abgebildet werden können. Die Ergebnisse der theoretischen Untersuchung zeigen, dass die verwendete CFD-Methode das dynamische Verhalten von Quetschfilmdämpfern in einem breiten Parameterbereich zuverlässig abbildet. Der Vergleich von experimentell ermittelten Kräften und Druckverläufen mit Simulationsergebnissen zeigt, dass die Simulation zur Optimierung der Dämpfergeometrie verwendet werden kann. Mögliche Ziele für zukünftige Arbeiten könnte das Abdecken eines noch breiteren Frequenzbereichs (Nenndrehzahlen in Flugtriebwerken um 150 Hz) sein. Bezüglich CFD-Methoden könnte die Randbedingung am Dämpferauslauf noch realitätsnäher umgesetzt werden in dem das Ansaugen von Luft statt nur Flüssigkeit möglich wird.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- Mesh Movement Method for transient Simulation of Annular Cavities: Application to the Prediction of Fluid Forces in Squeeze Film Dämpfers. In: Tribology Transactions 53 (May-June 2010), S. 440-451
Ngondi, E. M.; Grönsfelder, T.; Nordmann, R.
