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Entwicklung und experimentelle Validierung eines Ansatzes für die Modellierung des Anstreifverhaltens von Labyrinthdichtungen mit Honigwabeneinlaufbelägen

Tim Pychynski
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Tim Pychynski, Entwicklung und experimentelle Validierung eines Ansatzes für die Modellierung des Anstreifverhaltens von Labyrinthdichtungen mit Honigwabeneinlaufbelägen (2016), Logos Verlag, Berlin, ISBN: 9783832599126

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Description / Abstract

Die Optimierung dynamischer Dichtsysteme ist eine kostengünstige Methode zur Erhöhung der Wirkungsgrade, Lebensdauer und Betriebssicherheit von Turbomaschinen. Zuverlässige und effiziente Dichtsysteme lassen sich nur realisieren, wenn die Anstreifvorgänge zwischen rotierenden und statischen Komponenten sowie ihre Folgen schon bei der Auslegung berücksichtigt und im Betrieb beherrscht werden können. Bis heute sind die physikalischen Vorgänge beim Anstreifen jedoch nur unzureichend verstanden und es fehlen zuverlässige Modellierungsansätze für ihre Vorhersage. Die vorliegende Arbeit liefert einen essentiellen Beitrag zum Verständnis des Anstreifverhaltens und somit zur Optimierung einlaufender dynamischer Dichtsysteme mit Fokus auf Labyrinthdichtungen mit Einlaufbelägen aus Hohlkörperstrukturen. Mit Hilfe aufwändiger experimenteller Untersuchungen wird in dieser Arbeit ein tiefergreifendes physikalisches Verständnis der Anstreifvorgänge bereitgestellt. Die experimentell gewonnenen Erkenntnisse bilden schließlich die Grundlage für die Entwicklung eines Modellierungsansatzes, der erstmals unter Berücksichtigung aller Einflussparameter die zuverlässige Vorhersage des Anstreifverhaltens einlaufender Labyrinthdichtungen ermöglicht.

Table of content

  • BEGINN
  • 1 Einleitung
  • 2 Dynamische Turbomaschinendichtungen – Einlaufsysteme
  • 2.1 Funktionsweise & Anforderungen
  • 2.2 Einlaufbeläge – Stand der Technik
  • 2.3 Anstreifen in Einlaufsystemen – Grundlagen & Stand der Forschung
  • 2.4 Ableitung der Zielsetzung & Vorgehensweise
  • 3 Experimentelle Anstreifversuche
  • 3.1 Strategie
  • 3.2 Beschreibung des Anstreifprüfstands
  • 3.3 Versuchsdurchführung
  • 3.4 Ergebnisse der experimentellen Untersuchungen
  • 3.5 Zusammenfassung der Versuchsergebnisse
  • 4 Modellentwicklung – Einlaufvorgänge in Labyrinthdichtungen
  • 4.1 Modellierungsstrategie
  • 4.2 Beschreibung des Kontaktmodells
  • 4.3 Beschreibung des thermischen Modells
  • 4.4 Beschreibung des Verschleißmodells
  • 4.5 Modellimplementierung
  • 5 Modellvalidierung
  • 5.1 Bestimmung der Modellparameter
  • 5.2 Vergleich von Simulation & Experiment
  • 5.3 Diskussion ausgewählter Systemparameter
  • 5.4 Fazit Modellvalidierung
  • 6 Sensitivitätsanalyse
  • 6.1 Definition des Simulationsplans
  • 6.2 Ergebnisse der Sensitivitätsanalyse
  • 6.3 Fazit Sensitivitätsanalyse
  • 7 Zusammenfassung & Ausblick
  • 7.1 Zusammenfassung
  • 7.2 Ausblick
  • Literaturverzeichnis
  • 8 Anhang
  • 8.1 Geometrischer Messfehler der Kontakt- & Reibkräfte
  • 8.2 Einfluss der Zustelltiefe auf die gemessenen Kräfte
  • 8.3 Ergebnisse der Drehmomentmessung
  • 8.4 Einfluss der Dichtspitze auf die gemessenen Kräfte
  • 8.5 HDR-Bilder aller Anstreifszenarien
  • 8.6 Mittlere Blechtemperaturprofile
  • 8.7 Größe des Anstreifsegments
  • 8.8 Zeitgemittelte Pyrometertemperaturen
  • 8.9 Einfluss der Dichtspitzengeometrie auf das Verschleißverhältnis
  • 8.10 Plastisches Verformungsverhalten bei vorgegebener Verschiebung
  • 8.11 Ablaufschema des Modellierungsansatzes
  • 8.12 Temperaturerhöhungsfaktoren für Metallblech und Dichtspitze
  • 8.13 Analytische Abschätzung des Temperaturerhöhungsfaktors: Metallblech
  • 8.14 Analytische Abschätzung des Temperaturerhöhungsfaktors: Dichtspitze
  • 8.15 Abhängigkeit der tribologischen Modellparameter von den Reibtemperaturen
  • 8.16 Auswahl der statistischen Versuchspläne
  • 8.17 Weitere Ergebnistabellen der Sensitivitätsstudie

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