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aktualisiert am 21. April 2021

ISBN 9783843943239

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978-3-8439-4323-9, Reihe Ingenieurwissenschaften

Nico Buchhorn
Einfluss einer Niederdrucktasche auf die Wärmeabfuhr an der Segmenthinterkante eines großen Radialkippsegmentlagers

133 Seiten, Dissertation Ruhr-Universität Bochum (2019), Softcover, A5

Zusammenfassung / Abstract

Im Turbomaschinenbau werden zur radialen Lagerung von Wellen fast ausschließlich hydrodynamische Gleitlager verwendet. Aufgrund verschiedener Vorteile werden vermehrt Radialkippsegmentlager genutzt.

Prinzipiell kann bei dieser Lagerbauart zwischen zwei Zuständen in den Segmentzwischenräumen unterschieden werden: geflutet und nicht geflutet. Bei einer gefluteten Lagerausführung sind die Zwischenräume komplett mit Öl gefüllt, während sich bei einer nicht gefluteten Ausführung theoretisch kein Öl dort befindet.

Durch die nicht geflutete Gestaltung lässt sich die im Lager umgesetzte Reibleistung reduzieren, jedoch führt die schwächere konvektive Wärmeabfuhr in den ölfreien Räumen zu einem höheren Temperaturniveau innerhalb der Segmentkörper.

In der vorliegenden Arbeit wird eine Niederdrucktasche an der Hinterkante zur Verbesserung des Wärmeübergangs genutzt und deren Einfluss auf die Wärmeabfuhr sowie die sich einstellende Temperaturverteilung experimentell und simulativ untersucht. Basierend auf den Versuchsdaten wird ein Modell abgeleitet, das es ermöglicht, den Einfluss der Tasche auf simulativer Ebene abbilden zu können. Hierzu werden mithilfe von CFD-Analysen die in der Tasche abgeführten Wärmeströme bestimmt. In einer nachgelagerten FE-gekoppelten Gleitlagerberechnung werden die zur Berechnung benötigten Wärmeübergangskoeffizienten an der Hinterkante des betrachteten Segments so modifiziert, dass die in der Gleitlagerberechnung abgeführten Wärmeströme am Segmentende denen der CFD-Simulationen entsprechen. Durch eine Gegenüberstellung der Simulations- und Messergebnisse wird die Güte der Modellbildung eingeschätzt und bewertet.

Verglichen mit einem Lager ohne zusätzliche Kühlung kann das Prüflager bei gleicher Last und gleichen Betriebsgrenzen mit einer um bis zu 7K reduzierten maximalen Lagertemperatur betrieben werden. Zusätzlich kann gezeigt werden, dass sich die Lagergestaltung positiv auf die umgesetzte Verlustleistung auswirkt.