20 JAHRE - Bayerische Forschungsstiftung

mechatroniK
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technische universität münchen
Lehrstuhl für Flugantriebe
boltzmannstraße 15
85748 garching
Prof. Dr.-ing. hans-Peter Kau
tel. 089 / 28916165
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man Diesel & turbo
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Dynamische Impellerschaufelbelastung
amplitude des statischen Drucks der ersten harmonischen
in hochbelasteten turbomaschinen führt die interaktion zwischen feststehenden und
rotierenden schaufelreihen zu breitbandigen anregungsspektren der bauteile mit
signifikanten amplituden. Diese großen mechanischen Lasten können zum Versagen
des Verdichters führen.
im Fokus des Forschungsvorhabens stand,
die anregungsmechanismen der impellerbeschaufelung
in radialverdichtern unter berücksichtigung
der instationären schaufelreiheninteraktion
mit dem Diffusor bei
verschiedenen betriebspunkten zu analysieren.
anschließend sollte das anregungsspektrum
auf die signifikanten anteile reduziert
und eine Korrelation zwischen stationärer
strömung und anregung hergeleitet werden.
Die strömungsphänomene im Laufrad-Diffusor-schaufelkanal
eines radialverdichters
wurden mittels instationärer numerischer berechnungsverfahren
detaillierter untersucht.
auf grundlage dieser berechnungen konnten
die dynamischen schaufellasten und die kri-
tischen anregungsfrequenzen des Laufrades
ermittelt werden. mithilfe von neu entwi-
ckelten interpolationsalgorithmen wurden
die kritischen Druckamplituden vom cFD-
modell auf ein mechanisches modell übertra-
gen. Die dynamischen Drucklasten wurden
dabei entweder durch eine diskrete anzahl
von einzelkräften oder als nahezu kontinuierliche
Druckverteilung aufgeprägt. Die Ferechnungen
zeigten eine starke abhängig-
keit der berücksichtigten anteile der
Druckamplituden. nur unter berücksichtigung
der anregung an schaufel und nabe
konnte eine gute Übereinstimmung mit den
messdaten in allen untersuchten betriebspunkten
erreicht werden. Die dabei verwendete
strukturelle Dämpfung wurde konsistent
gewählt. aus den stationären cFD-rechnungen
konnten keine dynamischen anregungskräfte
für die Fe-analyse abgeleitet
werden, was durch die starke Lokalität der
auftretenden mechanismen zu erklären ist.