Rotordynamische Auslegung eines Turboantriebsstranges mit Lamellenkupplung

In einem neu konzipierten Turboantriebsstrang soll eine Lamellenkupplung zwischen Turbine und Turboverdichter eingesetzt werden. Bei der Kupplungsauslegung muss insbesondere der Einfluss auf das rotordynamische Verhalten des Gesamtstranges berücksichtigt werden.

Zur Analyse dieses Antriebsstranges wurde das von ISMB entwickelte Rotordynamikprogramm RODY eingesetzt. Dieses Analysetool erweitert die Funktionalitäten von I-DEAS Model Solution um die Einflüsse der Kreiselwirkung (Gyroskopie) und der drehzahlabhängigen und im Allgemeinen asymmetrischen Steifigkeits- und Dämpfungsmatrizen von Gleitlagern. Es werden Frequenz- und Dämpfungskarten (mittleres bzw. unteres Bild) der drehzahlabhängigen Eigenmoden erstellt. Zudem können Hochlaufkurven unterschiedlicher Erregermechanismen ausgewertet werden. Eigenschwingungs- und Betriebsschwingformen können innerhalb I-DEAS animiert und weiter analysiert werden.

Zunächst wurden die Turbine und der Turboverdichter als Einzelkomponenten modelliert. Dabei konnten die Ergebnisse der seitens des Kunden ausgeführten rotordynamischen Untersuchungen der Einzelkomponenten exakt reproduziert werden.

Anschließend wurde das Modell um die Lamellenkupplung erweitert (oberes Bild). Es zeigte sich, dass die Kupplung bereits deutlich unterhalb ihrer ersten Biegekritischen einen nennenswerten Einfluss auf die Lage der Eigenfrequenzen, insbesondere aber auf das Dämpfungsverhalten des Gesamtstranges hat.

Durch eine gezielte Optimierung des Kupplungsspacers und der Anschlussadapter konnte ein Kupplungsdesign ermittelt werden, bei welchem alle Transversalmoden des Gesamtstranges, deren Eigenfrequenzen in der Nähe der Betriebsdrehfrequenz liegen, ausreichend gedämpft werden. Zudem liegt keine Torsionsresonanz des Gesamtstranges im Betriebsdrehzahlbereich.