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Intentional Mistuning zur Begrenzung erzwungener Schwingungsantworten von Radialturbinen

  • Im Vordergrund des Forschungsprojekts steht die Reduktion der Schwingungsantwort einer Radialtur-bine. Die in den Vorgängervorhaben [1], [2] und [3] gewonnen Erkenntnisse und Methoden hinsichtlich des auftretenden Mistunings sollen auf die betrachtete Radialturbine übertragen und angewendet wer-den, sodass die zu erwartenden Schwingungsüberhöhungen dargestellt werden können. Aufbauend auf die drei Vorgängervorhaben soll zusätzlich erstmalig die erfolgreiche Umsetzung von Intentional Mistuning (IM) untersucht werden, welches das Potential besitzt die Schwingungsantwort drastisch re-duzieren zu können. Auf Basis von numerischen Modalanalysen unter Verwendung der finiten Element-Methode werden Be-rechnungsmodelle erstellt, mit denen das Schwingungsverhalten beschrieben und ebenfalls ein geeig-netes Bearbeitungsmuster zur Umsetzung von IM erzielt werden kann. Diese stellen die Basis zur Er-arbeitung einer geometrischen Anpassung eines Versuchsträgers dar. Da die Strukturdämpfung bei Radiallaufrädern im Hinblick auf SchaufelschwingungenIm Vordergrund des Forschungsprojekts steht die Reduktion der Schwingungsantwort einer Radialtur-bine. Die in den Vorgängervorhaben [1], [2] und [3] gewonnen Erkenntnisse und Methoden hinsichtlich des auftretenden Mistunings sollen auf die betrachtete Radialturbine übertragen und angewendet wer-den, sodass die zu erwartenden Schwingungsüberhöhungen dargestellt werden können. Aufbauend auf die drei Vorgängervorhaben soll zusätzlich erstmalig die erfolgreiche Umsetzung von Intentional Mistuning (IM) untersucht werden, welches das Potential besitzt die Schwingungsantwort drastisch re-duzieren zu können. Auf Basis von numerischen Modalanalysen unter Verwendung der finiten Element-Methode werden Be-rechnungsmodelle erstellt, mit denen das Schwingungsverhalten beschrieben und ebenfalls ein geeig-netes Bearbeitungsmuster zur Umsetzung von IM erzielt werden kann. Diese stellen die Basis zur Er-arbeitung einer geometrischen Anpassung eines Versuchsträgers dar. Da die Strukturdämpfung bei Radiallaufrädern im Hinblick auf Schaufelschwingungen verschwindend gering ausfällt, ist die aerodynamische Dämpfung von großer Bedeutung und liefert einen entscheiden-den Beitrag zur entsprechenden Schwingungsüberhöhung bzw. -reduktion. Mit Hilfe numerischer Strö-mungssimulationen werden aerodynamische Dämpfungskurven unter Betriebsbedingungen berechnet, welche im Rahmen der numerischen Simulationen zur Entwicklung geeigneter IM-Modifikationen mit-berücksichtigt werden. Bei den Versuchsträgern handelt es sich um zwei baugleiche Radialturbinen eines Abgasturboladers gleicher Serie, welche im Rahmen von Schwingungsuntersuchungen im Stillstand sowie unter Betriebs-bedingungen untersucht werden sollen. Dabei dient ein Laufrad als unbearbeitete „getunte“ Referenz, an der die Schwingungsantwort des zweiten bearbeiteten Laufrades validiert werden soll. Im Rahmen von Schwingungsuntersuchungen bei Stillstand unter Laborbedingungen werden erste Analysen hin-sichtlich der erfolgreichen Umsetzung des IM vorgenommen, welche im späteren Verlauf des Projektes durch Messungen auf einem Prüfstand ergänzt werden. Dabei soll die Wirksamkeit der Anwendung von IM unter Betriebsbedingungen untersucht und nachgewiesen werden. Hierfür wird ein am IKDG der RWTH Aachen betriebener Abgasturboladerprüfstand an die spezifischen Anforderungen des aktuellen Turboladers angepasst und mit erforderlicher Messtechnik ausgerüstet. Da die aerodynamische Dämpfung maßgeblich ist für das Schwingungsverhalten von Radiallaufrädern in Integralbauweise, werden experimentelle Modalanalysen unter veränderlichem Umgebungsdruck durchgeführt und auf der Basis hieraus abgeleiteter modaler Parameter eine Formel weiterentwickelt, welche eine Abschätzung des Dämpfungsniveaus während der Entwicklungsphase ermöglichen soll. Ziel hierbei ist die Möglichkeit zur Bewertung des zu erwartenden Schwingungsniveaus in frühen Sta-dien der Laufradentwicklung.show moreshow less

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Metadaten
Author: Alex Nakos, Markus Schafferus, Marios Sasakaros, Arthur Zobel
Title of the source (German):Abschluss- und Zwischenberichte der Forschungsstellen : Frühjahrstagung 2022 : Tagungsband, FVV 2022 Spring Conference, March 30-31, 2022, Würzburg, Germany Final and interim reports presented by the RTD performers engines
Publisher:Forschungsvereinigung Verbrennungskraftmaschinen e.V. (FFV)
Place of publication:Frankfurt am Main
Document Type:Report
Language:English
Year of publication:2022
Comment:
Zwischenbericht, FVV Nr. 1389, Projekt-Nr. (BTU) 35057002
Series ; volume number:Forschungsvereinigung Verbrennungskraftmaschinen : R ; 602
Faculty/Chair:Fakultät 3 Maschinenbau, Elektro- und Energiesysteme / FG Strukturmechanik und Fahrzeugschwingungen
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