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Ermittlung von Anregungsfunktionen für verschiedenen Schwingungsmoden mit Hilfe der numerischen Simulation des Strömungsfeldes einer Radialturbine

Ermittlung von Anregungsfunktionen für verschiedenen Schwingungsmoden mit Hilfe der numerischen Simulation des Strömungsfeldes einer Radialturbine
Autor:

Schwitzke,M.
Hönisch,P.
Schulz,A.
Bauer,H.-J.

Quelle:

FVV-Heft 983-2013,
Berichte der Forschungsstellen
Abschlussbericht über die Vorhaben 992/1093

Abstract

In Abgasturboladern werden Radialturbinen in einem weiten Drehzahlbereich betrieben, sodass durch sie Anregung einer Vielzahl von Schwingungsmoden dynamische Belastungen zu Materialermüdung führen können. Maschinen mit Leitbeschaufelung zeigen sich durch die Interaktion mit Rotorschaufeln kritisch, da hohe Anregungskräfte auftreten und Anregungsfrequenzen in den Bereich der Eigenfrequenzen des steifen Rotors fallen. Dadurch treten zahlreiche Resonanzstellen auf, die bezüglich der Anregbarkeit beurteilt werden müssen. Für Resonanzzustände aus Schwingungsmessungen in Betrieb wird die aerodynamische Anregung mit der Simulation des instationären Strömungsfeldes der Radialturbine analysiert. Die Charakterisierung der Anregung gibt Aufschluss über Strömungsmechanismen und die Sensitiviität der Anregungskräfte gegenüber dem Betriebszustand und der Leitschaufelanzahl. Anregungsfunktionen zeigen wo Schaufelkräfte angreifen. Durch den Abgleich mit den Schwingungsformen können Aussagen über deren Anregbarkeit getroffen werden. Somit können Ursachen für Unterschiede in den gemessenen Amplituden aufgezeigt werden. Eine Methode wird vorgestellt bei der ein ideales und ein verstimmtes FE-Modell bei der Simulation erzwungener Schaufelschwingungen Anwendung finden. Die instationären Druckkräfte aus der CFD dienen der Anregung der Strukturmodelle. Sowohl die Amplituden als auch die Verstimmungseffekte aus der Messung werden in guter Näherung abgebildet.