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TU Berlin

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Axiale Gasfolienlager als schmierstofffreie Lagerung für hochdrehende Rotoren - Experimentelle Untersuchungen und numerische Vorhersage

Im Rahmen des von der DFG geförderten Forschungsvorhabens werden experimentelle Untersuchungen des dynamischen Verhaltens von axialen Gasfolienlagern (GFTBs) zur Schaffung einer systematisch aufgebauten experimentellen Datenbasis zu GFTBs durchgeführt. Diese Datenbasis dient für weiterführende wissenschaftliche Untersuchungen, speziell in der numerischen Simulation für die Entwicklung neuer Lagertypen sowie die Auslegung von Rotorsystemen mit Gasfolienlagern z. B. bei ölfreien Turbo-Kompressoren für Brennstoffzellen. Zu diesem Zweck wird das statische und dynamische Verhalten der elastischen Struktur des GFTBs mit unterschiedlichen Rampen- und Strukturgeometrien an dem vorhandenen Strukturanalyse-Prüfstand des Antragstellers ermittelt. Des Weiteren werden die Steifigkeit- und Dämpfungseigenschaften sowie Tragfähigkeit des GFTBs in Abhängigkeit diverser Betriebsparameter an einem aufzubauenden Parameteridentifikation-Prüfstand identifiziert. Darüber hinaus werden diese experimentell ermittelten Lagerparameter mit den numerischen Ergebnissen der bereits vom Antragsteller in verschiedenen Journal-Beiträgen veröffentlichten Simulationsmodelle verglichen und validiert. Im Weiteren wird basierend auf den Erfahrungen mit dem bestehenden rotordynamischen Versuchstand mit radialen Gasfolienlagern (GFJBs) ein rotordynamischer GFTB-Versuchstand in Betrieb genommen, um den Einfluss von GFTBs sowie ihren Modifikationen auf das nichtlinearen Schwingungsverhaltens und die Stabilität von Rotorsystemen mit einer kombinierten axialen und radialen Gasfolienlagerung zu analysieren. Dabei lassen sich die Einsetzdrehzahl der Instabilität (OSI - Onset Speed of Instability) und die Einsetzdrehzahl subharmonischer Schwingungen (OSSV - Onset Speed of Sub synchronous Vibration) experimentell ermitteln und mit den numerischen Rechnungen vergleichen.

Prinzipskizze der axialen Gasfolienlager
Lupe
Lupe

Rotordynamischer Prüfstand (Antriebseinheit nicht dargestellt)

Lupe

Stabilitätskarte: - Rote Linie: Stabilitätsgrenze eines radial und axial gasfoliengelagerten Systems; - Gestrichelte weiße Linie: radiales Gasfolienlager und starres Axiallager; - Gestrichelte rosa Linie: starre radiale Lagerung und axiales Gasfolienlager

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