Reduzierung der Stoßkräfte bei anstreifenden Rotoren durch aktiven Stelleingriff

Bei rotierenden Maschinen, wie z.B. Turbomaschinen, kann durc Drehzahlerhöhung und Reduktion von Spaltmaßen zwischen Rotor und Gehäuse der Wirkungsgrad verbessert werden. Beide Maßnahmen begünstigen das Anlaufen des Rotors jedoch schon bei kleinen Störeinflüssen, wie z.B. Unwuchten. Neben den lokalen Strukturschäden können derartige Anstreifvorgänge impulsartige Anregungen induzieren, die im Extremfall zu instabilen Zuständen des Aggregates bis hin zu einem Totalausfall führen. Im Rahmen dieser Forschungsarbeit soll mit Hilfe eines aktiv geregelten Fanglagers einerseits die aktive Reduzierung der Kontaktkräfte und andererseits die Stabilisierung des Rotors erreicht werden. Die Regelkräfte, die über das Fanglager auf den Rotor wirken, werden von am Lehrstuhl entwickelten elektromagnetischen Aktoren aufgebracht. Mit Hilfe von numerischen Simulationen wurden bereits unterschiedliche Regelstrategien entwickelt, wobei die Regelung in zwei Phasen abläuft. In der ersten Phase wird der Stoss beim erstmaligen Kontakt im Fanglager durch Minimierung der Relativgeschwindigkeit der Berührpunkte abgefangen. 

 

 

Bild 1: Prüfstand

 Die zweite Regelphase (gekoppeltes System) soll dafür sorgen, dass die Kontaktkräfte klein gehalten werden und dass keine Mehrfachkontakte auftreten. Das Anstreifen soll in einen stationären Zustand mit permanentem Kontakt übergeführt werden, um im Anschluss ein sicheres Abbremsen zu ermöglichen.

Zur Verifikation der Simulationsergebnisse wurde ein Prüfstand entwickelt. Aufgrund der modularen Bauweisen können verschieden Konfigurationen erprobt werden. Das aktive Fanglager wird mittels zweier elektromagnetischen Aktoren angekoppelt, welche in einer 90° Anordnung angeordnet sind. Über ein Magnetlager werden realistische Kräfte auf den Rotor aufgebracht, welche zum Anstreifen führen. Erste Messergebnisse zeigen eine drastische Reduzierung der Kontaktkraft und Auslenkung des Rotors beim geregelten Anstreifen. Die gesamte Belastung des Rotorsystems wird durch den aktiven Stelleingriff erheblich gesenkt.

Bild 2: Messergebnisse