Strukturbeschreibung und Parameteridentifikation realer Radialturbinenlaufräder

Die Arbeit beschäftigt sich mit den Auswirkungen fertigungsbedingter Abweichungen auf das strukturdynamische Verhalten realer Radialturbinenlaufräder. Am Anfang steht die mathematische Beschreibung zyklisch rotationssymmetrischer Laufräder. Verstimmung (engl. Mistuning) führt jedoch zu einer Störung der zyklischen Rotationssymmetrie. Die Auswirkungen werden anhand von experimentellen Untersuchungen an sechs Radialturbinenlaufrädern gleichen Typs analysiert. Die Ergebnisse dienen im weiteren Verlauf als Eingangsparameter für den Prozess der Parameteridentifikation. Aufbauend auf einer Analyse verschiedener Modellierungsvarianten wird das Subset of Nominal System Modes, ein sogenanntes systemmodenbasiertes Modell reduzierter Ordnung für die numerischen Untersuchungen, ausgewählt. In Verbindung mit einer sektorindividuellen Beschreibung der Steifigkeit ist dieses für die mathematische Beschreibung des dynamischen Verhaltens realer Radialturbinenlaufräder geeignet. Erweiterte probabilistische Studien zur Bestimmung der maximalen Beanspruchungsüberhöhung infolge von Mistuning führen zum Konzept der Modalen Dichte. Dieses praxistaugliche Konzept erlaubt die Einordnung der einzelnen Schwingungsformen bezüglich ihrer Neigung zur Ausprägung starker Beanspruchungsüberhöhungen. Hierfür ist einzig die Eigenwertanalyse des idealen Laufrades erforderlich. Im zweiten Teil der Arbeit wird die Übertragbarkeit der im Stillstand gewonnenen Parameter zur Modellbeschreibung realer Radialturbinenlaufräder auf die Betriebsbedingungen untersucht. Dabei erfolgt die Separierung der Einflussgrößen Drehzahl, Temperatur und Umströmung in einem vakuumtauglichen Prüfstand. Um eine möglichst vollständige experimentelle Datenbasis zu erhalten, wird die Blade Tip Timing Methode zur Erfassung der Schaufelschwingungsamplitude verwendet. Hiermit kann die Schwingungsantwort jeder Schaufel erfasst werden. Beim Vergleich der numerischen Vorhersage mit den experimentellen Daten ergeben sich gute Übereinstimmungen, sofern die Effekte transienter Resonanzdurchgänge berücksichtigt werden.