Dynamische Eigenschaften fördermediengeschmierter Radialgleitlager

Die dynamischen Eigenschaften von Rotor-Systemen werden neben der Beschaffenheit des Rotors selbst maßgeblich durch die Lagerung bestimmt. Innerhalb rotordynamischer Simulationen des Gesamtsystems werden diese zumeist durch rotordynamische Koeffizienten abgebildet und umfassen klassischerweise Steifigkeiten und Dämpfungen, selten auch Massenterme. Der Fokus dieser Arbeit liegt auf der Bestimmung der rotordynamischen Koeffizienten fördermediengeschmierter Gleitlager in Pumpen. Gegenüber konventionellen ölgeschmierten Gleitlagern weisen diese Lager zahlreiche Besonderheiten auf. Dazu zählen vor allem die zumeist niedrigviskosen Fördermedien, die zugleich zur Schmierung der Lager eingesetzt werden, die mit der Einbauart verbundene Druckdifferenz zwischen den Lagerrändern sowie turbulente Betriebsbedingungen. Ferner bewirken hohe Zuführdrücke zusammen mit der geringeren hydrodynamischen Wirksamkeit der Medien, dass keine Kavitation auftritt (Sommerfeld-Bedingung). Zur Berechnung dieser Lager wird ein 3D CFD-Modell entwickelt, das es unter Verwendung zweier unterschiedlicher Methoden ermöglicht, die vollbesetzten 4x4 Koeffizientenmatrizen aus Steifigkeiten, Dämpfungen und Massentermen zu berechnen. Nach umfangreichen Modellvalidierungen folgen Parameterstudien zur Untersuchung des Einflusses verschiedener Betriebsbedingungen und geometrischer Abmessungen auf die stationären Eigenschaften sowie die rotordynamischen Koeffizienten. Von besonderer Bedeutung sind dabei die Auswirkungen der axialen Druckdifferenz sowie von Trägheits- und Turbulenzeffekten. Im Rahmen eines Ausblicks wird zudem die Möglichkeit auch texturierte Lagerflächen zu berechnen aufgezeigt und der Einfluss auf die dynamischen Eigenschaften des Gleitlagers diskutiert.