Skip to main content
SpringerLink
Log in
Book cover

Handbuch Dampfturbinen pp 299–350Cite as

Rotordynamische Grundlagen

  • Chapter
  • First Online:

  • 8224 Accesses

Zusammenfassung

Die Entwicklung der Rotordynamik als wichtiges Teilgebiet der Maschinendynamik ist historisch eng mit dem Turbinenbau verbunden. Da Dampfturbinen grundsätzlich aus einem gelagerten Rotor mit hoher Betriebsdrehzahl bestehen, sind für Konstruktion und Betrieb fundierte rotordynamische Kenntnisse unerlässlich. Das wurde bereits 1883 von de Laval erkannt, dessen erste Dampfturbine maßgeblich aus rotordynamischen Überlegungen heraus konstruiert wurde. So nutzte er den damals noch theoretisch ungeklärten Selbstzentrierungseffekt durch den Einsatz einer schlanken, biegeelastischen Welle aus. Im Anschluss an die erste erfolgreiche Dampfturbine von de Laval entwickelte sich die Rotordynamik als unabhängiges Teilgebiet der Mechanik rasch, doch wurden wesentliche rotordynamische Phänomene und neue Konzepte bis in die heutige Zeit oft nur aufgrund von Fragestellungen aus dem Turbinenbau heraus gefunden.

Dieses Grundlagenkapitel kann nur eine erste Übersicht und Einordnung in das aus heutiger Sicht sehr umfangreiche Teilgebiet „Rotordynamik“ geben. Für eine umfassendere allgemeine Darstellung wird an dieser Stelle auf das ausführliche Buch [GAS2002] von Gasch, Nordmann und Pfützner hingewiesen. Nach einer kurzen Vorstellung von wichtigen rotordynamischen Grundlagen, die an einem mathematisch noch übersichtlichen Minimalmodell, dem sog. Laval- Läufer, erläuterbar sind, werden in diesem Kapitel wichtige spezifische Phänomene und Konzepte für den Dampfturbinenbau vorgestellt. Dies beinhaltet auch die rotordynamischen Aspekte von hydrodynamischen Gleitlagern, die detaillierter in einem späteren Kapitel 19 dargestellt sind. Der gegenwärtige Stand der Technik ist durch den Einsatz der Methode der finiten Elemente (FEM) charakterisiert, für die wichtige rotordynamische Anwendungsfälle in diesem Kapitel diskutiert werden.

This is a preview of subscription content, log in via an institution.

Chapter
USD   29.95
Price excludes VAT (USA)
  • Available as PDF
  • Read on any device
  • Instant download
  • Own it forever
eBook
USD   139.00
Price excludes VAT (USA)
  • Available as EPUB and PDF
  • Read on any device
  • Instant download
  • Own it forever

Tax calculation will be finalised at checkout

Purchases are for personal use only

Learn about institutional subscriptions

Literatur

  1. Alford, J.: Protecting Turbomachinery from Self-Excited Rotor Whirl. ASME J. Eng. Power 87(4), 333–344 (1965)

    Article  Google Scholar 

  2. Biezeno, C.R., Grammel, R.: Technische Dynamik, 2. Aufl. Springer, Berlin – Heidelberg – New York (1953)

    MATH  Google Scholar 

  3. Bloch, H.-P., Singh, M.P.: Steam Turbines, 2. Aufl. McGraw-Hill, New York (2009)

    Google Scholar 

  4. Bräunling, W.J.G.: Flugzeutriebwerke, 2. Aufl. Springer, Berlin – Heidelberg – New York (2004)

    Book  Google Scholar 

  5. Childs, D.: Turbomachinery Rotordynamics. New York: J. Wiley & Sons, ISBN: 978-0-471-53840-0.

    Google Scholar 

  6. Ehehalt, U.; Lüneburg, B.; Staubach, R.; Daniel, C.: Strackeljan, J.; Woschke, E.: Methods to Incorporate Foundation Elascities in Rotordynamic Calculations. In: Proceedings SIRM 2009, 8th International Conference on Vibrations in Rotating Machines, Paper-ID 41, Wien, 2009.

    Google Scholar 

  7. Denton, J.D.: Loss Mechanism in Turbomachines. ASME J. Turbomach. 115(4), 621–656 (1993)

    Article  Google Scholar 

  8. Dresig, H., Holzweißig, F.: Maschinendynamik, 6. Aufl. Springer, Berlin – Heidelberg – New York (2005)

    Google Scholar 

  9. Föppl, A.: Das Problem der Laval’schen Turbinenwelle. Civilingenieur, Bd. 41., S. 248–250 (1895)

    Google Scholar 

  10. Gasch, R., Pfützner, H.: Rotordynamik. Springer, Berlin – Heidelberg – New York (1975)

    Book  Google Scholar 

  11. Gasch, R.: Dynamic Behaviour of a Simple Rotor with a Cross-Sectional Crack. In: Proceedings of the IMechE Conference on Vibrations in Rotating Machinery, Paper C178/76, Cambridge, UK, 1976.

    Google Scholar 

  12. Gasch, R., Nordmann, R., Pfützner, H.: Rotordynamik, 2. Aufl. Springer, Berlin – Heidelberg – New York (2002)

    Book  Google Scholar 

  13. Glienicke, J.: Feder- und Dämpfungskonstanten von Gleitlagern für Turbomaschinen und deren Einfluss auf das Schwingungsverhalten eines einfachen Rotors, Dissertation THZ Karlsruhe 1966.

    Google Scholar 

  14. Glienicke, J.: Einfluß der Gleitflächenform und anderer Lagerparameter auf die statischen und dynamischen Eigenschaften von Turbinenlagern. Bericht 211/17, Forschungsvereinigung Verbrennungskraftmaschinen, Frankfurt am Main, (1969).

    Google Scholar 

  15. Greathead, S., Bostow, P.: Investigations into Load Dependent Vibrations of High Pressure Rotor on Large Turbo-Generators. In: Proceedings IMechE Conference on Vibrations in Rotating Machinery, Cambridge, UK, 1976, pp. 279–286.

    Google Scholar 

  16. Green, R.: Gyroscopic Effects of the Critical Speeds of Flexible Rotors. J. Appl. Mech. 15, 369–376 (1948)

    Google Scholar 

  17. Henry, R.A.; Okah-Avae, B.E.: Vibrations in Cracked Shafts. In: Proceedings of the IMechE Conference on Vibrations in Rotating Machinery, Paper C162/76, Cambridge, UK, 1976.

    Google Scholar 

  18. Huster, J.; Eckert, L.; Dahl, M.: Ermittlung der rotordynamischen Modellparameter von Lagerabstützungen grosser Dampfturbinen in thermischen Kraftwerken.VDI-Bericht Nr. 1285. Düsseldorf: VDI-Verlag 1996.

    Google Scholar 

  19. Huster, J.: Rotordynamische Auslegung grosser Dampfturbinen. Festschrift zur Emeritierung von Prof. Dr. H. Jericha, TU Graz, Österreich, 17. November 1999.

    Google Scholar 

  20. Jeffcott, N.: Lateral Vibration of Laded Shafts in the Neighbourhood of a Whirling Speed – The Effect of Want of Balance. Philos. Mag. 37, 304–314 (1919)

    Article  Google Scholar 

  21. Krämer, E.: Dynamics of Rotors and Foundations. Springer, Berlin – Heidelberg – New York (1993)

    Book  Google Scholar 

  22. Lingener, A.: Auswuchten – Theorie und Praxis. Technik Verlag, Berlin (1992). ISBN 978-3341009277

    Google Scholar 

  23. Magnus, K.: Kreisel. Springer, Berlin – Heidelberg – New York (1971). ISBN 978-3642521621

    Book  Google Scholar 

  24. Markert, R.: An- und Auslaufvorgänge von periodisch erregten Systemen. ZAMM 68, T80–T83 (1988)

    Google Scholar 

  25. Myklestad, N.: A New Method for Calculating Natural Modes of Uncoupled Bending Vibrations of Airplane Wings and Other Types of Beams. J. Aeronaut. Sci. 11, 153–162 (1944)

    Article  MathSciNet  Google Scholar 

  26. Nelson, H., McVaugh, J.: The Dynamics of Rotor Bearing Systems Using Finite-Elements. J. Eng. Ind. 98(2), 593–600 (1976)

    Article  Google Scholar 

  27. Nelson, H.: A Finite Rotating Shaft Element Using Timoshenko Beam Theory. J. Mech. Des. 102(4), 793–803 (1980)

    Article  Google Scholar 

  28. Pinkus, O., Sternlicht, B.: Theory of Hydrodynamic Lubrication. McGraw-Hill, New York (1961)

    MATH  Google Scholar 

  29. Pollmann, E.; Termuehlen, H: Turbine Rotor Vibrations Excited by Steam Forces (Steam Whirl). In: Proceedings ASME Conference, Paper No. 75-WA/Pwr-11.

    Google Scholar 

  30. Prohl, M.: A General Method for Calculating Critical Speeds of Flexible Rotors. J. Appl. Mech. pp, A142–A148 (1945)

    Google Scholar 

  31. Rankine, W.J.M.: On the centrifugal forces of rotating shafts. Engineer 27, ■ (1869)

    Google Scholar 

  32. Rangwala, A.S.: Turbo-Machinery Dynamics. McGraw-Hill, New York (2005)

    Google Scholar 

  33. Römer, H.W.: Dampfturbinen. Girardet, Essen (1972)

    Google Scholar 

  34. Rothkegel, W.: Rißerkennung bei Rotoren durch Schwingungsüberwachung. Dissertation TU Hannover 1993.

    Google Scholar 

  35. Ruhl, R., Booker, J.: A Finite Element Model for Distributed Parameter Turborotor Systems. J. Eng. Ind. 94(1), 126–132 (1972)

    Article  Google Scholar 

  36. Schneider, H.: Auswuchttechnik, 5. Aufl. Springer, Berlin – Heidelberg – New York (2000). ISBN 978-3642249143

    Book  Google Scholar 

  37. Schettel, J.: Modellbasierte Analyse der Spaltanregung in Dampftubinen. Dissertation TU Darmstadt 2006.

    Google Scholar 

  38. Smith, D.: The Motion of a Rotor Carried by a Flexible Shaft in Flexible Bearings. Proc. Royal Soc. Lond. A 142, 92–119 (1933)

    Article  Google Scholar 

  39. Stodola, A.: Neue kritische Drehzahlen als Folge der Kreiselwirkung der Laufräder. Z. F. D. Ges. Turbinenwes. 15, 197–199 (1918)

    Google Scholar 

  40. Stodola, A.: Kritische Wellenstörung infolge der Nachgiebigkeit des Ölpolsters im Lager. Bauzeitung, Bd. 85., S. 197–199 (1925)

    Google Scholar 

  41. Thomas, H.J.: Instabile Eigenschwingungen von Turbinenläufern, angefacht durch die Spaltströmungen in Stopfbuchsen und Beschaufelungen, AEG Sonderdruck, 1958.

    Google Scholar 

  42. Tondl, A.: Some problems of rotor dynamics. Chapmann & Hall, London (1965)

    Google Scholar 

  43. Traupel, W.: Thermische Turbomaschinen, 2. Aufl. Bd. 1. Springer, Berlin (1966)

    Book  Google Scholar 

  44. Urlichs, K.: Die Spaltströmung bei thermischen Turbomaschinen als Ursache für die Entstehung schwingungsanfachender Querkräfte. Ingenieurarchiv 45, 195–208 (1976). (auch in englischer Übersetzung unter NASA TT-17409, March 1977 verfügbar)

    Article  Google Scholar 

  45. Walker, D.: Torsional Vibration of Turbomachinery. McGraw-Hill, New York (2004)

    Google Scholar 

  46. Wiesche, S. aus der; Passmann, M.; Willinger, R.: Reduction of Tubine Blade Tip Leakage Losses and Excitation Forces by Passive Tip Injection. In: Proceedings ASME International Mechanical Engineering Congress and Exhibition, Volume 1: Advances in Aerospace Technology, Paper IMECE2015-50120, Houston, Texas, USA, November 13–19, 2015.

    Google Scholar 

  47. Witzsch, M.: Schweben statt Schmieren. BWK, Bd. 67., S. 42–43 (2015)

    Google Scholar 

Download references

Author information

Authors and Affiliations

  1. Fachhochschule Münster, Steinfurt, Deutschland

    Prof. Dr.-Ing. habil. Stefan aus der Wiesche

Authors
  1. Prof. Dr.-Ing. habil. Stefan aus der Wiesche
    View author publications

    You can also search for this author in PubMed Google Scholar

Editor information

Editors and Affiliations

  1. FB Maschinenbau, FH Münster , Steinfurt, Germany

    Stefan aus der Wiesche

  2. FB Maschinenbau und Energietechnik, Helmut-Schmidt-Univ. der Bundeswehr , Hamburg, Germany

    Franz Joos

Rights and permissions

Reprints and permissions

Copyright information

© 2018 Springer Fachmedien Wiesbaden GmbH, ein Teil von Springer Nature

About this chapter

Check for updates. Verify currency and authenticity via CrossMark

Cite this chapter

aus der Wiesche, S. (2018). Rotordynamische Grundlagen. In: aus der Wiesche, S., Joos, F. (eds) Handbuch Dampfturbinen. Springer Vieweg, Wiesbaden. https://doi.org/10.1007/978-3-658-20630-7_7

Download citation

Publish with us

Policies and ethics

Search

Navigation