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Rückwirkung des Gleitlagermoments auf die Drehbewegung des Rotors

Felscher, Patrick :
Rückwirkung des Gleitlagermoments auf die Drehbewegung des Rotors.
Studienbereich Mechanik, Technische Universität Darmstadt, Darmstadt
[Ph.D. Thesis], (2016)

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Item Type: Ph.D. Thesis
Title: Rückwirkung des Gleitlagermoments auf die Drehbewegung des Rotors
Language: German
Abstract:

In den mathematischen Modellen gleitgelagerter Rotoren fehlt bisher die physikalisch korrekte Abbildung der nichtlinearen Kopplung zwischen den Rotorschwingungen im Gleitlager und der Drehbewegung der Welle. Zu dem bereits erforschten auslenkungsabhängigen Momentensatz elastischer Rotoren in konventionellen Lagern wird eine Erweiterung gesucht, die die auslenkungsabhängigen Momente von Rotoren in Gleitlagern berücksichtigt. Für den Betrieb mit beschränktem Antriebsmoment wird eine Drehzahlreduktion bis hin zur Möglichkeit des Hängenbleibens infolge großer Zapfenauslenkungen erwartet, wie sie im Bereich der Resonanz und dem für gleitgelagerte Rotoren charakteristischen instabilen Betriebsbereich auftreten. Basierend auf Untersuchungen und Erkenntnissen anderer Autoren wird ein eigenes Lösungskonzept zur Abbildung des auslenkungsabhängigen Gleitlagermoments erarbeitet. Das nichtlineare Koppelmoment wird am Beispiel des kreiszylindrischen Lagers aus den nichtlinearen Gleichungen der Scherkräfte an der Zapfenoberfläche analytisch hergeleitet und auf einen möglichen Zusammenhang mit den wirkenden Ölfilmkräften untersucht. Damit wird die grundsätzliche Idee der vorausgegangenen Arbeiten geprüft, das resultierende Moment aus den bekannten Lagerkräften und einem auslenkungsabhängigen Kraftangriffspunkt zu bilden. Es wird gezeigt, dass das druckinduzierte Moment durch die Ölfilmkräfte, welche an einen vom Lagermittelpunkt abweichenden Punkt angreifen, beschrieben werden kann. Das Moment infolge der Scherströmung, welches in weiten Betriebsbereichen der dominierende Anteil ist, kann in dieser Weise jedoch nicht abgebildet werden. In der Folge wird dieses Moment basierend auf der in dieser Arbeit vorgenommenen analytischen Herleitung beschrieben. Anhand eines numerischen Modells wird die korrekte qualitative Abbildung der o.g. zu erwartenden Effekte durch das hergeleitete Moment geprüft. Darüber hinaus werden die Möglichkeit der Verwendung linearisierter Gleichungen des nichtlinearen Gleitlagermomentes, sowie die Grenzen der numerischen Berechnungen des Differentialgleichungssystems für instationär betriebene Rotoren in Gleitlagern untersucht. Die abschließende Bestätigung der Gültigkeit der gefundenen Zusammenhänge wird anhand experimenteller Untersuchungen an einem Gleitlagerversuchsstand nachgewiesen, welche von numerischen Rechnungen eines identifizierten Modells des Versuchsstands begleitet werden.

Alternative Abstract:
Alternative AbstractLanguage
The existing mathematical models of rotors in fluid film bearings currently do not consider the non-linear coupling between the rotor deflections in journal bearings and the rotor rotation. The aim is to find a method that amplifies the existing principle of angular momentum for elastic rotors in conventional bearings. This method should also be able to take into account the moments depending on deflections in journal bearings. It is expected that operations that run with a limited power supply show a reduction in angular speed due to high journal displacements. In case of fluid film bearings these high deflections may occur near critical speeds and the unstable running range of the rotor system. Based on present research and findings of other authors, this study proposes a new strategy for modeling the journal bearing moment depending on the journal deflections. The non-linear coupling moment is derived analytically using the equations of shear forces at the journal surface for the cylindrical fluid film bearing. It is investigated whether there is a possible relationship between the derived moment and the well modelled fluid film forces of journal bearings. The aim is to compare the results with existing studies that have a similar description of the bearing moment using bearing forces acting on an eccentric point depending on deflections. The results show that the moment based on the fluid film pressure can be modelled using the fluid film forces acting on eccentric point of the journal. However, it becomes clear that the moment cannot be modelled in this way due to shear flows which are dominating in a wide operational range. Hence, in the following investigations the earlier derived form of the moment will be used. The above mentioned accurate qualitative illustration of proposed effects is examined with the help of a numerical model using the derived moment. Furthermore, the possibility of using linearised equations of the non-linear bearing moment is explored. Finally, the limits of the numerical solution for the different equations describing the transient operations of rotors in journal bearings are analysed. The validity of the derived equations is supported with an experimental investigation on a fluid film bearing test rig and a parallel numerical solution using an identified model of the test rig.English
Series Name: Forschungsberichte des Instituts für Mechanik der Technischen Universität Darmstadt
Volume: 41
Place of Publication: Darmstadt
Publisher: Studienbereich Mechanik, Technische Universität Darmstadt
Uncontrolled Keywords: Rotor, Dynamik, Rotordynamik, Gleitlager, Moment,begrenzte Antriebsleistung, Auslenkung, Schwingung, Kopplung, Rückwirkung, Hochlauf, instationär
Alternative keywords:
Alternative keywordsLanguage
rotor, dynamics, rotordynamics, fluid film bearing, journal bearing, moment, limited power supply, deflection, vibration, coupling, run-up, instationaryEnglish
Classification DDC: 600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften > 600 Technik
600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften > 620 Ingenieurwissenschaften
Divisions: 16 Department of Mechanical Engineering
16 Department of Mechanical Engineering > Institute of Applied Dynamics (AD)
Study Areas > Study Area Mechanic
Date Deposited: 05 Jul 2016 08:40
Last Modified: 23 Jun 2017 08:12
Related URLs:
URN: urn:nbn:de:tuda-tuprints-55452
Referees: Markert, Prof. Dr. Richard and Pelz, Prof. Dr. Peter F.
Refereed: 23 February 2016
URI: http://tuprints.ulb.tu-darmstadt.de/id/eprint/5545
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