Entwicklung eines Simulationsmodells zur Fluid-Struktur-Kopplung von Greiferschwingungen in Tellerseparatoren

Von:

Uwe Fechter

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In rotierenden Maschinen, wie z.B Tellerseparatoren, treten häufig Schwingungen auf, die von unterschiedlichen Einflüssen verursacht werden. Ein möglicher Einflussfaktor beim Betrieb von Tellerseparatoren ist die im Inertialsystem fest eingespannte, schwingende Zentripetalpumpe zum Abgreifen der geklärten Phase, der sogenannte Greifer. Eine Fluidströmung mit freier Oberfläche fungiert als Bindeglied zwischen dem in Schwingungen versetzten Greifer und der Dynamik der drehenden Maschine. Die Resonanzen der Einzelteile Greifer, Fluid und Maschine führen in der Kopplung nicht zwangsläufig zur Resonanz. Stattdessen können unbekannte, sich günstig oder ungünstig gegenseitig beeinflussende Bereiche entstehen. Über das Zusammenspiel der Einzelteile ist bisher wenig bekannt. In diesem rotierenden System ist es schwierig, experimentelle Untersuchungen der vorherrschenden Vorgänge umzusetzen. Daher soll eine gekoppelte Simulation die Vorgänge beleuchten. Die Art der Wechselwirkung wird als Fluid-Struktur-Kopplung bezeichnet. Dabei verändern bewegte und verformte Festkörper die Ränder der Fluidströmung, während im Gegenzug die wirkenden Fluidkräfte auf diese übertragen werden. Im vorliegenden Fall ist der Greifer als verformbares, reduziertes Finite-Elemente-Modell (FEM) gestaltet, während der umliegende, rotierende Teil der Maschine als starrer, kippender Rotor betrachtet wird. Die Fluidströmung wird mittels Computational Fluid Dynamics (CFD) abgebildet. Ziel der Arbeit ist eine flexible und erweiterbare Kopplungsumgebung, in der Detailuntersuchungen Aufschluss über Mechanismen der Destabilisierung geben. Der Fokus der Untersuchung liegt auf dem Einfluss des Greifers. Es wird sowohl der Einbau des Greifers mit Schrägstellung als auch horizontaler Versetzung betrachtet.