Horst Irretier / Rainer Nordmann / Helmut Springer (Hrsg.) Schwingungen in rotierenden Maschinen III

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1 Horst Irretier / Rainer Nordmann / Helmut Springer (Hrsg.) Schwingungen in rotierenden Maschinen III

2 .. -- Aus dem Programm... Mechanik Mathematische Grundlagen der Technischen Mechanik I: Vektor- und Tensoralgebra von R. Trostel Einfuhrung in Theorie und Praxis der Zeitreihen- und Modalanalyse von H. G. Natke Elemente der Mechanik III: Kinetik von O. Bruhns / Th. Lehmann Schwingungen in rotierenden Maschinen 1 von H. Irretier, R. Nordmann und H. Springer (Hrsg.) Schwingungen in rotierenden Maschinen II von H. Irretier, R. Nordmann und H. Springer (Hrsg.) Schwingungen in rotierenden Maschinen III von H. Irretier, R. Nordmann und H. Springer (Hrsg.) "'----Vieweg '

3 Horst Irretier. Rainer Nordmann Helmut Springer (Hrsg.) Schwingungen in rotierenden Maschinen III Referate der Tagung an der Universitat Kaiserslautern II VI.Wag

4 Herausgeber des Bandes: Prof. Dr.-Ing. Horst Irretier Institut fur Mechanik Universitat GH-Kassel MonchebergstraBe 7 D Kassel Prof. Dr.-Ing. Rainer Nordmann Arbeitsgruppe Maschinendynamik Universitat Kaiserslautern Erwin-Schrodinger-StraBe D Kaiserslautern o. Prof. Dr.-techn. Helmut Springer Institut fur Maschinendynamik und MeBtechnik Technische Universitat Wi en Wiedner HauptstraBe 8-10 A-1040 Wien Dieses Buch enthalt die Referate der Fachtagung "Scbwingungen in rotierenden Mascbinen" yom Marz 1995 an der Universitat Kaiserslautern. Aile Rechte vorbehalten Friedr. Vieweg & Sohn VerJagsgesellschaft mbh, Braunschweig/Wiesbaden, 1995 Softcover reprint of the hardcover 1st edition 1995 Der Verlag Vieweg ist ein Unternehmen der Bertelsmann Fachinformation GmbH. Das Werk und seine Teile sind urheberrechtlich geschiltzt. Jede Verwertung auberhalb der engen Grenzen des Urheberrechtsgesetzes ist ohne Zustimmung des VerJags unzulassig und strafbar. Das gilt insbesondere fur VervielfaItigungen, Ubersetzungen, Mikroverfilmungen und die Einspeicherung und Verarbeitung in elektronischen System en. Gedruckt auf saurefreiem Papier ISBN-13: DOl: / e-isbn-13:

5 v Vorwort Mit zunehmenden Anforderungen an rotierende Maschinen hinsichtlich groberer Leistungsdichten und Drehzahlen, sowie hoher Betriebssicherheit und VerfUgbarkeit spielen Fragen des dynamischen Verhaltens solcher Maschinen eine wesentliche Rolle. Trotz einer langen Geschichte der Rotordynamik treten hnmer wieder neue Problemstellungen in Erscheinung, die Gegenstand weiterfiihrender Forschung in Theorie und Praxis sind. Hier sind insbesondere die aktuellen Forschungsgebiete der Stabilitatsanalyse, der aktiven und passiven Lagerung, der experimentellen Analyse mit den modemen Richtungen der Parameteridentifikation und Modal-Analyse sowie die fur die Praxis wichtigen Entwicklungen zur Betriebsiiberwachung und Schadensdiagnose zu nennen. Zusammen mit einer Reihe von speziellen Problemen der Rotordynamik bildeten diese Themenkreise den Inhalt der internationalen Tagung iiber "Schwingungen in rotierenden Maschinen" (SIRM), die unter der wissenschaftlichen Leitung von Prof. Dr.-Ing. H. Irretier, Kassel, Prof. Dr.-Ing. R. Nordmann, Kaiserslautem und Prof. Dr.-Ing. techno H. Springer, Wien am 2. und 3. Marz 1995 an der Universitat Kaiserslautem durchgefiihrt wurde. Bereits die ersten beiden Tagungen in Kassel (1991) und in Wien (1993) haben gezeigt, dab die SIRM ein regelmabiges Forum fur Diskussionen zwischen Maschinenherstellern, Maschinenbetreibem und Vertretem der Wissenschaft bilden kann. Auch die dritte Veranstaltung in Kaiserslautem fand emeut grobes Interesse, sowohl bei Ingenieuren der Praxis als auch bei Wissenschaftlem an Hochschulen und Forschungsinstituten. Die Veranstalter sehen dies als ein positives Zeichen fur die weitere Entwicklung der SIRM-Tagung. Der vorliegende Band umfabt die 30 auf der Tagung in Kaiserslautem prasentierten Vortrage, fur die insgesamt 55 Autoren aus der Bundesrepublik Deutschland, aus Osterreich und der Schweiz, sowie aus Tschechien, Brasilien, England und Rumamen verantwortlich zeichnen. Die Gliederung der Beitrage entspricht den oben genannten Themenkreisen. Neben theoretischen und experimentellen Forschungsergebnissen aus Hochschule und Industrie werden auch mehr praxisorientierte Fragen der Betriebsiiberwachung und der Schadensdiagnose diskutiert. Mit beispielhaftem Einsatz hat sich Herr Dipl. -Ing. A. Reister sowohl urn die Vorbereitung dieses Tagungsbandes als auch urn die Organisation der Tagung selbst gekiimmert. Dabei wurde er tatkraftig von Frau E. leblick und Herm 1. Klein unterstiitzt. Die Veranstalter danken diesem Team sowie auch allen iibrigen Mitarbeitem der Arbeitsgruppe Maschinendynamik der Universitat Kaiserslautem fur ihre wertvolle Mitarbeit. Besonderer Dank gebiihrt auch dem Verlag VIEWEG Wiesbaden/Braunschweig fur die angenehme Zusammenarbeit und die Veroffentlichung dieses Bandes. Kassel Kaiserslautem Wien H.lrretier R. Nordmann H. Springer

6 VI INHALT Passive und aktive Lagerung I. F. Santos Strategien fur die ErMhung der Diimpfungsreserve von kippsegmentgelagerten Rotorsystemen... 3 o. Zahorec, M. Musil Probleme parametrischer Schwingungen der elastisch gelagerten Rotoren R. Markert, G. Wegener Dynamik von elastischen Rotoren in Fanglagem Betriebsftberwachung, Schadensdiagnose, Schadensfallbeispiele S. Bauer, F. Pfeiffer Fehlerdiagnose von Luftfahrttriebwerken durch Mustererkennung von Schwingungsspektren F. Herz Risserkennung aus der Vibrationssignatur im Falle eines grossen Turborotors , S. Seibold, C.-P. Fritzen, D. Wagner ModeUgestiitzte Verfahren zur Diagnose von Rissen in Rotoren Woisetschliger, H. Iericha Laserholographische Messung der Anderung des Schwingungsverhaltens von Gasturbinenschaufeln infolge Erosion D. Bloemers, M. Heinen, E. Kriimer, C. Wuthrich Optische Oberwachung von Turbinenschaufelschwingungen im Betrieb

7 Inhalt VII D. Sofiker, p.e. Millier BetriebsubelWachung und Schadensdiagnose an rotierenden Maschinen - Bewahrte Methoden versus neue modellbasierte Ansiitze A. Leifeld, R. Schmidt Schwingungsmonitoring und Schadensfriiherkennung bei Wasserkraftwerken mit Hilfe von Zustandsbeobachtern 94 J. Strackeljan, D. Behr, A. Schubert Anwendung eines neuen Konzepts zur vorbeugenden MaschinenubelWachung mitte1s Fuzzy-Logik B. Feuchte Einige praktische Beispie1e zur Schwingungsdiagnose an rotierenden Maschinen Stabilitatsprobleme F. Viggiano, J. Schmied Torsionale Instabilitiit bei getriebegekoppelten Turborotoren P. Wutsdorff Stabilitiitsuntersuchungen an einem Kfihlgasradialgebliise Experimentelle Analyse, Parameteridentifikation, Modale Analyse P. Schmiechen, D. J. Ewins Erregung und Messung von WandelWellen in rotierenden axisymmetrischen Strukturen M. Rades Mixed Precession Modes of Rotor-Bearing Systems 153 I. Menz, R. Gasch Instationiires Auswuchten starrer Rotoren 165 B. Domes, W. Giebmanns Rotordynamische Auslegung eines hochtourigen Verdichterprfifstandes mit verschiedenen Priiflingen

8 VIII Inhalt D. Wiese Beurteilung des Auswuchtzustandes elastischer Rotoren - weg von Schwinggeschwindigkeitstoleranzen - hin zu modalen Restunwuchten 187 H. Behrens, U. Folchert, A. Menne, H. Waller Identifikation nichtlinearer Systeme dmch bereichsweise lineare Modelle am Beispiel hydrodynamischer Wandler und Kupplungen K. Kwanka Ein neues Identifikationsverfahren fur dynamische Koeffizienten von Labyrinthdichtungen R Zeillinger, H. KOttritsch, H. Springer Identifikation von Dllmpfungskoeffizienten fur Wiilzlager 225 H. Irretier, F. Reuter Experimentelle Modalanalyse rotierender Laufriider 234 P. Forch, A. Reister, C. Giihler, R Nordmann Modale Analyse an rotierenden Maschinen mittels Magnetlager 245 Spezielle Probleme der Rotordynamik A. Tondt, H. Springer Ein Beitrag zur Klassifizierung von Rotorschwingungen und deren Ursachen P. Stelter Reibungsselbsterregte Torsionsschwingungen in Schneckenzentrifugen 268 J.A1thaus Rotordynamische Problem.e und deren Beurteilung bei schnellaufenden Verdichtergetrieben M. Ertz, A. Reister und R. Nordmann Zm Berechnung der Eigenschwingungen von Strukturen mit periodisch zeitvarianten Bewegungsgleichungen H. J. Holl, H. Irschik Eine effiziente Substrukturmethode fur transiente Problem.e der nichtlinearen Rotordynamik D. Waldeck Selbsterregte Schwingungen gekoppelter Rotoren 306

9 Inhalt IX Referentenverzeichnis Dr.-Ing. J. Althaus, BHS-Voith Getriebetechnik GmbH, Sonthofen Dipl. -Ing. S. Bauer, Lehrstuhl B fur Mechanik, TU Miinchen Univ.-Prof. Dr. rer. nat. D. Behr, Inst. f. Technische Mechanik, TU Clausthal Dipl.-Ing. H Behrens, Mechanik, AG numerische Methoden, Ruhr-Universitat Bochum Dr.-Ing. D. Bloemers, RWE-Energie AG, KC-TP, Essen Dr.-Ing. B. Domes, BMW Rolls-Royce GmbH, ED-3, Dahlewitz Dipl.-Ing. MErtz, AG Maschinendynamik, Universitat Kaiserslautern Prof. Dr. D. J. Ewins, Centre of Vibration Engineering, Imperial College of Science, Technology and Medicine, London Dr.-Ing. B. Feuchte, Bently Nevada GmbH, Maschinen Diagnose Service, Neu-Isenburg Dr.-Ing. U. Folchert, Mechanik, Arbeitsgruppe numerische Methoden, Ruhr-Universitat Bochum Dipl.-Ing. P. F6rch, AG Maschinendynamik, Universitat Kaiserslautern Prof. Dr.-Ing. c.-p. Fritzen, Inst. f. Mechanik u. Regelungstechnik, Universitat-GH Siegen Prof. Dr.-Ing. R Gasch, lust. f. Luft- und Raumfahrt, TU Berlin Dipl.-Ing. W. Giebmanns, BMW Rolls-Royce GmbH, EK-l, Dahlewitz Dr.-Ing. M Heinen, RWE-Energie AG, KE-TM, Essen Dipl.-Ing. F. Herz, ABB Kraftwerke AG, KWDX 5, Birr Dipl.-Ing. H J. Holl, Inst. f. Technische Mechanik u. Grundlagen der Maschinenlehre, Johannes-Kepler Universitat Linz Prof. Dr.-Ing. H I"etier, lust. f. Mechanik, Universitat-GH Kassel o. Univ.-Prof. Dr.-Ing. H Irschik, Inst. f. Technische Mechanik u. Grundlagen der Maschinenlehre, Universitat Linz Prof. Dr. techno H Jericha, lust. f. Thermische Turbomaschienen und Maschinendynamik, TU Graz H K6ttritsch, SKF-Osterreich AG,Wien E. Kramer, ABB Kraftwerke AG, KWSl, Baden Dr.-Ing. K Kwanka, Lehrstuhl Thermische KraftanIagen, TUMiinchen Dipl.-Ing,. A. Leifeld, ABB Management AG, CHCRC.Ul, Baden Prof. Dr.-Ing. R Markert, lust. f. Mechanik n, TU Darmstadt Dr.-Ing. A. Menne, Mechanik, Arbeitsgruppe numerische Methoden, Ruhr-Universitat Bochum Dipl.-Ing. L Menz, lust. f. Luft- und Raumfahrt, TUBerlin Univ.-Prof. Dr. rer. nat. P. C. Muller, Inst. f. Sicherheitstechnische Regelung- u. MeBtechnik, Universitat Wuppertal Dr.-Ing. M Musil, Lehrstuhl fur technische Mechanik,Slowakische TU Bratislava Prof. Dr.-Ing. R. Nordmann, AG Maschinendynamik, Universitat Kaiserslautern Prof. Dr.-Ing. F. Pfeiffer, Lehrstuhl B fur Mechanik, TU Miinchen Prof Dr.-Ing. M Rades, Catedra De Rezistenta Materialelor, Universitatea Politehnica Din Bucuresti, Bucuresti, Romania Dipl.-Ing. A. Reister, AG Maschinendynamik, Universitat Kaiserslautern Dipl.-Ing. F. Reuter, Inst. f. Mechanik, Universitat-GH Kassel Dr.-Ing. L F. Santos, DPMDepartamento de Projeto Mecamco, UNICAMP Universidade Estadual de Campinas Dr.-Ing. R Schmidt, ABB Management AG, Baden DipI. -Ing. P. Schmiechen, Centre of Vibration Engineering, Imperial College of Science, Technology and Medicine, London

10 x Inhalt Dr.-Ing. J. Schmied, Turbocompressor Department, Sulzer Escher Wyss AG, Zurich Dipl.-Ing. A. Schubert, DOW Stade Inc., Abt. PCCD, B8-11, Stade Dipl.-Ing. S. Seibold, Lehrstuhl fur Technische Mechanik, Universitat Kaiserslautem Dipl.-Ing. D. S(j.ffker, Inst. f. Sicherheitstechnische Regelung- u. MeJ3technik, Universitat Wuppertal Prof. Dr. techno H. Springer, Inst. f. Maschinendynarnik und MeJ3technik, TU Wien Dr.-Ing. P. Stelter, KIlO Humboldt Wedag AG, lli-fq, Koln Dr.-Ing. J. Strackeljan, Inst. f. Technische Mechanik, TU Clausthal Prof. Dr.-Ing. A. Tondl, Prag Dr.-Ing. F. Viggiano, Sulzer Escher Wyss AG, Turbocompressor Department, ZOrich D. Wagner, Lehrstuhl fur Technische Mechanik, Universitat Kaiserslautem Dr.-Ing. D. Waldeck, Lehrstuhl Maschinendynamikl Schwingungslehre, TU Chemnitz - Zwickau Prof. Dr.-Ing. H. Waller, Arbeitsgruppe fur Numerische Methoden in der Mechanik und Simulationstechnik, Ruhr-Universitlit Bochum Dipl.-Ing. G. Wegener, Inst. f. Mechanik n, TU Darmstadt Dipl.-Ing. D. Wiese, Carl Schenck AG, Abt. Auswuchtmaschinen, Darmstadt Dr.-Ing. J. Woisetschlliger, Inst. f. Thermische Turbomaschinen und Maschinendynamik, TU Graz Dr. rer. nat. C. Wuthrich, ABB Turbosystems AG, ZXE-I, Baden Prof. Dr.-Ing. P. Wutsdorff, MechanikI FB Maschinenbau, TFH-Gie6en Doz. Dipl.-Ing. Dr. O. Ztthorec, Lehrstuhl fur Technische Mechanik, Slowakische TU Bratislava Dipl.-Ing. R. Zeil/inger, Inst. f. Maschinendynamik u. MeJ3technik, TU Wien