Einfluss der äußeren Lagerdämpfung auf die Betriebseigenschaften an einem gleitgelagerten Hochgeschwindigkeitsrotors

Die Anforderungen an die Lagerung von Rotoren in Highspeed-Elektromotoren, wie sie zur Verdichtung von Gasen genutzt werden, nehmen aufgrund steigender benötigter Leistungen stetig zu. Quetschöldämpfer bieten eine vielversprechende Möglichkeit Leistung und Betriebssicherheit des Motors durch gezielte Schwingungsdämpfung zu gewährleisten. Im aktuellen Stand der Forschung haben sich Schmierfilmturbulenz, Massenträgheit und hohe Spalthöhen, wie sie bei Nutzung einer zentralen Ringnut zur Schmierstoffversorgung auftreten können, als wesentliche Herausforderungen bei der Prognose von Quetschöldämpfern mit zweidimensionalen Rechenmethoden herausgestellt. Ziel der Arbeit ist die verbesserte Prädiktion des Schwingungsverhaltens eines Rotor-Lager- Systems mit Gleitlagern bei Nutzung einer gemeinsamen Ringnut zur Schmierstoffversorgung. Hierzu werden experimentelle Schwingungsuntersuchungen an einem Rotor durchgeführt und die Ergebnisse mit einer Simulation des Rotor-Lager-Systems verglichen. Um diese Untersuchungen durchzuführen, wird ein Rotordynamikprüfstand aufgebaut und dessen Validität zur Untersuchung des Rotor-Lager-Systems überprüft. Es wird gezeigt, dass ein Quetschöldämpfer bei Nutzung von Fest- und Kippsegmentlagern am untersuchten Rotor-Lager-System wesentlich zur Reduktion von Schwingungen beiträgt. Anhand des Kippsegmentlagers wird der Einfluss einer seitlichen Dichtung des Quetschöldämpfers in den Experimenten dargestellt. Darüber hinaus wird der Einfluss der Schmierstoffbedingungen bewertet. Anschließend werden unter Berücksichtigung von Massenträgheit die dynamischen Koeffizienten des Quetschöldämpfers sowie das Schwingungsverhalten des Rotor-Lager-Systems berechnet und mit den Experimenten abgeglichen. Auf Basis dieser Ergebnisse wird die Berechnung der dynamischen Koeffizienten mit Betrachtung einer dynamisch wirksamen Ringnuthöhe anhand des aktuellen Forschungsstandes erweitert und deren Auswirkung auf das Schwingungsverhalten des Rotors überprüft. Hierbei führt die Berücksichtigung der dynamisch wirksamen Ringspalthöhe zu einer signifikanten Verbesserung der Rechenergebnisse gegenüber konventionellen zweidimensionalen Rechenmethoden. Auf diese Weise wird erstmalig der Effekt einer dynamisch wirksamen Ringnuthöhe in einem praxisrelevanten Umfeld bestätigt und somit eine Methode zur verbesserten Vorhersage des Quetschöldämpferverhaltens mit zentraler Ringnut aufgezeigt.