Erhöhung der Tragfähigkeit großer Radialkippsegmentlager durch axiale Profilierung der Segmentlauffläche
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Beschreibung
In der vorliegenden Arbeit werden die Einflussgrößen auf die axiale, thermomechanische Aufbiegung von Radialkippsegmenten systematisch untersucht. Dazu wird eine Co-Simulation von Gleitlagerberechnungs- und FE-Software entwickelt und die Rechenergebnisse anhand von Experimenten an einem Leitbeispiellager (Durchmesser 500mm) verifiziert. Die sich einstellenden thermischen sowie mechanischen Verformungen werden analysiert und die konstruktiven Parameter identifiziert, die einen maßgeblichen Einfluss auf die Ausprägung der Segmentaufbiegung besitzen. Anschließend wird mittels einer Sensitivitätsanalyse der Einfluss derjenigen Parameter gezeigt, die während des Konstruktionsprozesses mit vertretbarem Aufwand beeinflusst werden können. Dem Konstrukteur wird so die Möglichkeit gegeben, hinsichtlich der Segmentaufbiegung ungünstige Konstellationen zu vermeiden. Die Übertragbarkeit der Beobachtungen wird durch Ähnlichkeitsbetrachtungen diskutiert. Dabei wird analytisch gezeigt, dass die thermisch bedingten Segmentdeformationen mit steigendem Durchmesser überproportional ansteigen. Die gesteigerte Relevanz von Deformationen bei großen Lagern wird damit erklärt. In einem Synthesepart wird ein Vorgehen zur axial konkaven Segmentprofilierung entwickelt: Auf Basis der Simulationen wird eine Profilierung abgeleitet, die auf der Invertierung der antizipierten Deformationen basiert. Dabei wird die axiale Segmentaufbiegung kompensiert, ohne die Betriebseigenschaften des Lagers zu verändern. Das Leitbeispiellager wird mit zylindrischer Bohrung sowie im axial konkav profilierten Zustand simulativ und experimentell untersucht. Bei gleicher Betriebssicherheit kann die Tragfähigkeit durch die Profilierung um 45.5% gesteigert werden. Unter Verwendung von seitlichen Rastflächen werden unzulässig hohe Spannungen vermieden, wenn der Rotor im Stillstand auf der Lauffläche aufliegt. Für den Übergang aus dem Stillstand in den rein hydrodynamischen Betrieb und umgekehrt wird die Funktion der hydrostatischen Anfahrhilfe experimentell bestätigt. Die Praxisgerechtheit der vorgestellten Profilierung ist damit nachgewiesen.
Autor*in
Sebastian Kukla