In hochbelasteten Turbomaschinen führt die Interaktion zwischen feststehenden und rotierenden Schaufelreihen zu breitbandigen Anregungsspektren der Bauteile mit signifikanten Amplituden. Diese großen mechanischen Lasten können zum Versagen des Verdichters führen.
Im Fokus des Forschungsvorhabens stand, die Anregungsmechanismen der Impellerbeschaufelung in Radialverdichtern unter Berücksichtigung der instationären Schaufelreiheninteraktion mit dem Diffusor bei verschiedenen Betriebspunkten zu analysieren. Anschließend sollte das Anregungsspektrum auf die signifikanten Anteile reduziert und eine Korrelation zwischen stationärer Strömung und Anregung hergeleitet werden.
Die Strömungsphänomene im Laufrad-Diffusor-Schaufelkanal eines Radialverdichters wurden mittels instationärer numerischer Berechnungsverfahren detaillierter untersucht. Auf Grundlage dieser Berechnungen konnten die dynamischen Schaufellasten und die kritischen Anregungsfrequenzen des Laufrades ermittelt werden. Mit hilfe von neu entwickelten Interpolationsalgorithmen wurden die kritischen Druckamplituden vom CFD-Modell auf ein mechanisches Modell übertragen. Die dynamischen Drucklasten wurden dabei entweder durch eine diskrete Anzahl von Einzelkräften oder als nahezu kontinuierliche Druckverteilung aufgeprägt.
Die FE-Rechnungen zeigten eine starke Abhängigkeit der berücksichtigten Anteile der Druckamplituden. Nur unter Berücksichtigung der Anregung an Schaufel und Nabe konnte eine gute Übereinstimmung mit den Messdaten in allen untersuchten Betriebspunkten erreicht werden. Die dabei verwendete strukturelle Dämpfung wurde konsistent gewählt. Aus den stationären CFD-Rechnungen konnten keine dynamischen Anregungskräfte für die FE-Analyse abgeleitet werden, was durch die starke Lokalität der auftretenden Mechanismen zu erklären ist.
