Validierung eines Gleitfanglagermodells durch Abwurfversuche

Abstract

Der Betrieb magnetgelagerter Maschinen er-fordert grundsätzlich den Einsatz von Fangla-gern. Diese nehmen den Rotor bei Maschinen-stillstand, bei abgeschalteter Magnetlagerung oder bei Magnetlagerversagen auf. Es wird zwischen Wälz- und Gleitfanglagerungen un-terschieden. Der Rotor-Fanglagerkontakt bei hohen Dreh-zahlen und großen mechanischen Belastungen ist durch enorme Kontaktkräfte und Relativge-schwindigkeiten zwischen Rotor und Stator gekennzeichnet. Das Fanglager muss den Ro-tor bis zum Stillstand sicher aufnehmen. Gegenwärtig werden bei schweren Rotoren, wie sie z. B. in Verdichtern, Pumpen und Tur-binen zu finden sind, vorwiegend Wälzfangla-ger eingesetzt. Der komplexe Aufbau von Wälzlagern (Innenring, Außenring sowie-Wälzelemente) gegenüber Gleitlagern (rotor- und statorseitige Laufbuchsen) führt, vor dem Hintergrund hoher mechanischer und thermi-scher Belastungen während des Eingriffes, zu erhöhten Aufwendungen bei der Konstruktion und Fertigung und damit zu hohen Kosten. Gleitfanglagerungen können eine sichere und kostengünstigere Alternative darstellen. Eine wichtige Voraussetzung dafür ist es, Gleitfanglager für solche extremen mechani-schen und thermischen Belastungen an Tur-bomaschinen konstruktiv und werkstofftech-nisch zu ertüchtigen. Für den erfolgreichen Einsatz von Gleitfangla-gerlösungen ist die Beherrschung aller Ab-wurfszenarien durch das Fanglager nachzu-weisen. Besonderes Augenmerk gilt hierbei den Steifigkeits- und Dämpfungswerten der Lagerung. Diese sind so zu wählen, dass der Rotor beim Durchfahren kritischer Drehzahlen im Fanglager keine unzulässig hohen Schwin-gungen auf die Maschine überträgt. Zur Sicherstellung dieser Eigenschaften sind im Vorfeld der Konstruktion für alle relevan-ten Fälle Simulationsrechnungen durchzufüh-ren. Dazu wurde das Gleitlager modelliert und Simulationsrechnungen unter Berücksichti-gung der Rotordynamik durchgeführt. Die Validierung der Modelle erfolgte auf der Grundlage von Experimenten an einem Klein-versuchsstand mit verschiedenen Gleitfangla-gern. Die Ergebnisse dieser Versuche wurden zudem den Ergebnissen von Versuchen mit Wälzfanglagern am selben Versuchsstand ge-genübergestellt und mit diesen verglichen. Im Beitrag werden das Gleitlagermodell und erste Simulationsergebnisse sowie die Ergeb-nisse der Experimente am Kleinversuchsstand vorgestellt.