Validierung eines Gleitfanglagermodells durch Abwurfversuche

Der Betrieb magnetgelagerter Maschinen erfordert grundsätzlich den Einsatz von Fanglagern. Diese nehmen den Rotor bei Maschinenstillstand, bei abgeschalteter Magnetlagerung oder bei Magnetlagerversagen auf. Es wird zwischen Wälz- und Gleitfanglagerungen unterschieden. Der Rotor-Fanglagerkontakt bei hohen Drehzahlen und großen mechanischen Belastungen ist durch enorme Kontaktkräfte und Relativgeschwindigkeiten zwischen Rotor und Stator gekennzeichnet. Das Fanglager muss den Rotor bis zum Stillstand sicher aufnehmen. Gegenwärtig werden bei schweren Rotoren, wie sie z. B. in Verdichtern, Pumpen und Turbinen zu finden sind, vorwiegend Wälzfanglager eingesetzt. Der komplexe Aufbau von Wälzlagern (Innenring, Außenring sowie Wälzelemente) gegenüber Gleitlagern (rotor- und statorseitige Laufbuchsen) führt, vor dem Hintergrund hoher mechanischer und thermischer 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 mechanischen und thermischen Belastungen an Turbomaschinen konstruktiv und werkstofftechnisch zu ertüchtigen. Für den erfolgreichen Einsatz von Gleitfanglagerlösungen ist die Beherrschung aller Ab-wurfszenarien durch das Fanglager nachzuweisen. 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 Kleinversuchsstand mit verschiedenen Gleitfanglagern. Die Ergebnisse dieser Versuche wurden zudem den Ergebnissen von Versuchen mit Wälzfanglagern am selben Versuchsstand gegenübergestellt und mit diesen verglichen. Im Beitrag werden das Gleitlagermodell und erste Simulationsergebnisse sowie die Ergebnisse der Experimente am Kleinversuchsstand vorgestellt.