Experimentelle Untersuchungen zur Schaufeldämpfung an einem Axialgebläse

Abstract

Bei der Auslegung von Strömungsmaschinen spielt nicht nur das Strömungsfeld eine zentrale Rolle, sondern auch die mechanische Belastung insbesondere der Schaufeln. Dazu soll prinzipiell soll das Vorgehen zur Bestimmung der Dämpfung erarbeitet und an einem Axialgebläse am ITSM (Institut für Strömungsmaschinen und Maschinenlaboratorium) angewendet werden. Dazu musste zunächst der Prüfstand umgebaut werden, so dass Signale vom stehenden ins rotierende System übertragen werden können. Außerdem mussten die Messaufnehmer, Verstärkerschaltungen und der verwendete Piezo-Aktor angebracht werden. Zur Auswertung wurden kleine Skripte geschrieben, um aus den Messdaten die Dämpfung zu ermitteln. Für die Bestimmung der Dämpfungsparameter wurden drei Methoden verwendet. Die einfache und häufig verwendete Wurzel-2-Methode, eine Methode basierend auf der Short Time Fourier Transformation und eine Methode welche durch nichtlineare Regression die Dämpfungsparameter bestimmt. Durch Messungen im Betrieb bei unterschiedlichen Drehzahlen konnte gezeigt werden, dass bei der ersten Eigenform die Dämpfung mit der Drehzahl ansteigt. Bei den anderen betrachteten Frequenzen ist ein ähnliches Verhalten anzunehmen, der Einfluss ist jedoch sehr gering.

In the turbomachinery design process not only the flow field plays an important role, but also the mechanical stress, in particular the stress of the blades. For that purpose the procedure to determine the damping has to be developed and tested on an axial compressor at the ITSM (Institute of Thermal Turbomachinery and Machinery Laboratory). To do that the test stand has to be modified to transfer signals from the rotating to the stagnant system. Further the measurement devices, the amplifiers and the piezoelectric actuator have to be attached on the rotor. There were also small scripts written to process the data and calculate the damping parameters. To get the damping parameters three methods were used. An easy and well known method called the half power method (Wurzel-2-Methode), a method using the Short Time Fourier Transform (STFT) and another method fitting the measured data to the transfer function using nonlinear regression. The experiments were performed at several rotational speeds. The results indicate that the damping at the first mode increases with increased rotational speed. At the other investigated frequencies one can assume a similar behavior but the effect is very small.