Analyse des rotordynamischen Systemverhaltens bei dynamischer Belastung unter Berücksichtigung der Kopplung zwischen Radial- und Axiallager

Abstract

Das Antwortverhalten von gleitgelagerten Rotoren ist nicht nur von den hochgradig nichtlinearen Eigenschaften der Radiallager abhängig, sondern auch vom Axiallager. Je nach Design, Anordnung und Ausführung des Axialgleitlagers kann Einfluss auf das Rotorsystem genommen werden. In dieser Arbeit wird zur Ermittlung der hydrodynamischen Zustände in Gleitlagern die Reynolds-Differentialgleichung mit masseerhaltender Kavitation nach dem Zwei- Phasenmodell ausgewertet. Dies erfolgt sowohl für den radialen als auch axialen Schmierspalt. Für gekoppelte Ölfilme wird eine Implementierung der Reynolds-Gleichung vorgestellt, wodurch der Schmiermittelaustausch im Übergangsbereich berücksichtigt wird. Zum Abgleich der entwickelten Routinen werden Ergebnisse aus der Literatur und Wellenbewegungsmessungen von Rotoren herangezogen. Um ein breites Anwendungsspektrum abzudecken, weisen die Rotoren unterschiedliche strukturdynamische Eigenschaften und verschiedene Lagerungskonzepte auf. Ziel dieser Arbeit ist es, das rotordynamische Systemverhalten zu prädiktieren und in diesem Zusammenhang den Einfluss der Axiallagerung sowie die Zustände in den Lagern aufzuzeigen.

The rotor’s response behavior is not only depending on the highly nonlinear properties of the radial bearings, but also on the thrust bearing. According to the design, arrangement and construction concept of the thrust bearing, the rotor vibration mode can be influenced. In this thesis, the Reynolds differential equation with mass-conserving cavitation according to the two-phase model is evaluated to determine the pressure and lubricant distribution in hydrodynamic bearings. This is done for radial and thrust bearings as well as for combined bearing arrangements. For coupled oil films, an implementation of the Reynolds equation is presented, whereby the lubricant exchange is taken into account. To validate the developed routines, results from the literature and shaft motion measurements of rotors are used. In order to ensure that a wide range of applications is covered, rotors with different bearing concepts are investigated. As a result, various excitation causes can exist, which can lead to increased vibration amplitudes. The aim of this work is therefore to predict the rotordynamic system behavior and to show the influence of the thrust bearing and the conditions in the bearings.