Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Entwicklung nichtlinearer Gehäusemodelle und mehrstufiger Model Updating-Strategien für verbesserte rotordynamische Gesamtmodelle

In vielen Anlagen der Antriebs-, Energie- und Verfahrenstechnik sind rotierende Maschinen wesentliche Komponenten. Rotordynamische Gesamtmodelle weisen hinsichtlich der eigentlichen Rotordynamik oftmals eine hohe Güte auf, die Erfassung der Gehäuseeigenschaften ist aber deutlich schwieriger. Die Notwendigkeit der Berücksichtigung dynamischer Gehäusenachgiebigkeiten wird dabei nicht nur bei Flugtriebwerken, sondern zunehmend auch für stationäre Dampfturbinen diskutiert.

Ziel des Vorhabens ist es, mit einer verbesserten, nichtlinearen Modellierung des Gehäuses rotordynamische Gesamtmodelle zu erstellen, die in Verbindung mit Model Updating-Strategien zu einer präziseren Vorhersage der Rotorschwingungen führen. Die erweiterten Gehäusemodelle sollen über Schnittstellen in kommerziell vorhandene Softwarewerkzeuge implementierbar sein. Die experimentelle Validierung erfolgt an einem Axialverdichter. Mit dem Vorhaben werden einerseits Turbomaschinenhersteller angesprochen, deren Herausforderung im Zuge der Energiewende die Auslegung robuster Turbomaschinen bei hochflexiblem Betrieb ist. Andererseits werden kleine und mittlere Unternehmen (KMU) angesprochen, in denen die Entwicklung komplexer Modelle aufgrund des hohen Zeit- und Personaleinsatzes kaum realisierbar ist. Daher können insbesondere die KMU von den zu entwickelnden Methoden profitieren, was durch die Initiierung des Vorhabens durch ein KMU aus dem Bereich der Softwareentwicklung unterstrichen wird. Die Ergebnisse und Methoden können in das von dem Unternehmen angebotene Rotordynamik-Seminar unmittelbar einfließen, wodurch ein größerer Kundenkreis angesprochen und die Stellung als kompetenter Partner für die Industrie gestärkt wird. Insbesondere in KMU, die sich mit Softwareentwicklung zur Lösung rotordynamischer Problemstellungen und mit der Entwicklung und Implementierung von Messtechnik befassen, können die zu entwickelnden Verfahren helfen, die Qualität der Produkte und die Wettbewerbsfähigkeit zu steigern.

Ergebniszusammenfassung:

Im Rahmen des Forschungsprojektes wurde eine Methodik zur nichtlinearen Gehäuseberechnung unter Berücksichtigung von Reduktionsmechanismen entwickelt, die es ermöglicht, die Berechnung der Rotordynamik von realen Maschinen, um den Gehäuseeinfluss zu ergänzen. Für eine Validierung wurden zahlreiche Experimente im Stillstand und Betrieb durchgeführt. Die Methodik kann anschließend verwendet werden, um existierende Rotordynamik Software auszubauen. Somit können bestehende kommerzielle Programme aufgewertet werden oder Firmen, die sich viel mit der Rotorberechnung beschäftigen, ein Tool erhalten, mit dem sie ihre Ergebnisse gegenüber Modellen ohne Berücksichtigung des Gehäuseeinflusses verbessern können.